EP2803751A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung - Google Patents

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EP2803751A1
EP2803751A1 EP20130003971 EP13003971A EP2803751A1 EP 2803751 A1 EP2803751 A1 EP 2803751A1 EP 20130003971 EP20130003971 EP 20130003971 EP 13003971 A EP13003971 A EP 13003971A EP 2803751 A1 EP2803751 A1 EP 2803751A1
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EP
European Patent Office
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coating
aluminum
corrosion
corrosion coating
zinc
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20130003971
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Krömmer
Andreas Trautmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Priority to EP20130003971 priority Critical patent/EP2803751A1/de
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    • C23C4/18—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for applying an anti-corrosion coating to components, wherein the anti-corrosion coating is at least partially formed as an aluminum-zinc coating; a use of a reducing gas-containing gas mixture for applying an anti-corrosion coating to components, and a use of an aluminum-zinc coating as part of an anti-corrosion coating for components.
  • a gas mixture for thermal spraying.
  • spray material is melted in the course of arc spraying in an arc and atomized into spray particles in a carrier gas.
  • a gas mixture is used as a carrier gas containing hydrogen.
  • the gas mixture contains 1 to 30% by volume of hydrogen.
  • hydrogen is used as a pure carrier gas to bind atmospheric oxygen.
  • the EP 2 186 593 A1 discloses a gas mixture comprising a mixture of argon, helium, nitrogen, carbon dioxide or hydrogen or mixtures thereof with a gaseous hydrocarbon under normal conditions.
  • the gas mixture is used inter alia for thermal spraying and / or surface treatment by means of an arc.
  • the mixtures are each used as a pure carrier gas.
  • nitrogen can be used as a carrier gas. Nitrogen reduces the oxidation of the spray particles. However, oxidation is insufficiently suppressed by the use of nitrogen, and the coatings often do not meet the quality requirements.
  • the invention has for its object to apply an anti-corrosion coating on workpieces or components, with the highest possible efficiency for the application of the anti-corrosion coating is to be made possible and oxidation of the anti-corrosion coating by the process of applying the anti-corrosion coating should be prevented.
  • an aluminum-zinc coating is used at least as part of an anti-corrosion coating.
  • This component of the anti-corrosion coating is applied by thermal spraying on the components, wherein for thermal spraying an inert carrier gas is used with a reducing gas component.
  • This coating is also referred to below as "spray-metallized coating”.
  • components are to be understood as meaning both individual components as components of larger systems or machines, as well as workpieces that are not (yet) installed in plants or machines and coated according to the invention in the course of their manufacturing process.
  • the aluminum-zinc coating goes into solution and protects the underlying material of the component, such as iron.
  • the electrochemical potential of an aluminum-zinc coating thermally sprayed with the reducing gas component is higher than that of an aluminum-zinc coating thermally sprayed without a reducing gas component, for example under conventional air.
  • the corrosion protection effect of the aluminum-zinc coating thermally sprayed with the reducing gas component is based on a combination of the cathodic protection of the aluminum-rich phases, a selective corrosion of the zinc associated with the formation of voluminous corrosion products (aluminum hydroxides and zinc hydroxides). These deposit in the pores, which increases the tightness of the coating.
  • the aluminum atoms in the outermost molecular layer are first oxidized because of their zinc-double affinity for oxygen.
  • a zinc oxide does not start at this time. It forms aluminum oxides, which are surrounded by zinc atoms.
  • zinc oxide is also formed, which is easily soluble and "flushed" out of the surface. What remains is a firmly adhering, dense and very stable aluminum oxide layer that protects the underlying aluminum-zinc coating. In addition, cathodic action can be realized across gaps in the injured aluminum-zinc coating.
  • a prerequisite for the occurrence of these anti-corrosive properties is that the applied aluminum-zinc coating is not already oxidized by the process of application and that the oxide can form on the surface to achieve its full effect.
  • each particle is already oxidized before impacting the component.
  • Aluminum-zinc coatings thermally sprayed with the reducing gas component form very pure aluminum-zinc coatings with a low oxide content.
  • Parameters of the thermal spraying determine to a greater extent the properties of the aluminum-zinc coating.
  • the choice of the nozzle system, as well as parameters such as voltage, current or the type of carrier gas influence the spray particles in the detachment of electrodes and in their flight phase and thereby the aluminum-zinc coating formed therefrom.
  • Finely atomised melt droplets mean at the same time a large specific surface and thus the promotion of the oxide content in the aluminum-zinc coating. This oxidation can be significantly reduced by using inert carrier gases with a reducing gas component.
  • a second coating in particular one or more color layers, is applied via the aluminum-zinc coating.
  • a corrosion protection system is produced from at least two layers.
  • the aluminum-zinc coating according to the invention forms the first layer, a so-called primer.
  • the second coating forms the second layer.
  • the resistance of the corrosion protection can be further increased by the interaction of the first anti-corrosion coating and the second coating.
  • the adhesion of the second coating is significantly improved by the presence of the anti-corrosion coating of the present invention, firstly compared to a "second" coating without an underlying anti-corrosion coating and secondly compared to an anti-corrosion coating which was not thermally sprayed with the reducing gas component.
  • the first layer "heals” by flowing damage, such as cracks.
  • the second layer limits this flow of the first layer so that this "healing" can take place and the loss of material from the first layer is limited by the flow.
  • an anticorrosive coating containing an injection-metallized layer applied to workpieces or components, which is in particular carried out so (process) technically that on this injection-metallized anticorrosive coating more (color) layers in downstream or upstream process steps be / were applied, so that from the interaction of spray-metallized layer and the other (color) layers, a high quality corrosion protection for the so coated workpieces or components results, which withstands the most challenging corrosive media and environmental conditions.
  • the injection-metallized layer the highest possible efficiency for application by the invention is made possible, and an oxidation of the anti-corrosion coating by the process of applying the anti-corrosion coating is prevented according to the invention.
  • hydrogen is used as the reducing gas component.
  • nitrogen is used as the carrier gas.
  • a hydrogen-nitrogen mixture is used.
  • the proportion of the reducing gas component in the gas mixture is preferably between 0.1 and 10%, in particular between 2 and 4%.
  • a gas mixture according to the EP 2 186 593 A1 is conceivable.
  • a gas mixture comprises a mixture of argon, helium, nitrogen, carbon dioxide or hydrogen or mixtures thereof with a gaseous hydrocarbon under normal conditions.
  • this gas mixture contains doping amounts of NO and / or NO 2 .
  • the mixtures are each used as a pure carrier gas.
  • an arc spraying is used for thermal spraying. In arc spraying two wires are melted in an arc and atomized by means of a carrier gas to spray particles and then transported to the component.
  • the electric arc burns between the two wires, which are formed as anode and cathode.
  • the two wires can be made of the same or different materials. Instead of wires, two metallic tubes can also be used.
  • the arc is normally generated between the two wire ends, which are fed to each other in the spray gun, by the application of a voltage with a contact ignition.
  • Cored wires can also be processed, which makes it possible to additionally apply hard-wearing layers for wear protection, which contain, for example, oxides, nitrides, carbides or borides.
  • an aluminum-zinc coating can process up to 20kg per hour.
  • Arc spraying has ideal conditions for the application of metallic anti-corrosion coating. Easy handling, use of favorable materials (through the use of wire), high application rate with high efficiency, as well as detection of large surfaces in a short time.
  • a thickness of the spray-metallized coating is preferably between 50 ⁇ m and 150 ⁇ m, in particular between 75 ⁇ m and 120 ⁇ m, more particularly 100 ⁇ m.
  • the adhesion of the spray-metallized aluminum-zinc coating is on average between 7.0 and 8.0 MPa and the adhesion of the further (paint) layers on the spray-metallized layer itself or the anti-corrosion coating on the coated material is also on average between 7, 0 and 8.0 MPa.
  • the anticorrosive coating is applied to components exposed to a seawater atmosphere (C5-M) or to a marine atmosphere (Im2), eg on oil rigs or on shore systems, and / or to components that have other corrosive chemical atmospheres (C5-I). are exposed, eg in chemical plants.
  • C5-M seawater atmosphere
  • Im2 marine atmosphere
  • the anti-corrosion coating is also suitable for components that are exposed to extreme climate, especially tropical climate, such as metallization of propane bottles for tropical climate.
  • the anti-corrosion coating is applied to components of a wind turbine, in particular an offshore wind turbine.
  • the anti-corrosion coating is particularly suitable for application to wind towers of wind turbines or offshore wind turbines.
  • the anticorrosive coating can be applied in a particularly simple manner to components that are subject to high mechanical stress, such as flanges, ribs and attachment surfaces, according to the invention. Due to the adhesive strength and the longevity of the anti-corrosion coating applied according to the invention, maintenance intervals can be kept as long as possible.
  • the invention further relates to a use of a gas mixture containing a reducing gas component for applying an anti-corrosion coating to components, and to using an aluminum-zinc coating as an anti-corrosion coating for components.
  • FIGS. 1 to 4 show the results of the laboratory tests and test series on which the invention is based.
  • a sealer is used in the pore-rich arc sprayed anti-corrosion coatings to seal the anti-corrosion coating to prevent the ingress of moisture.
  • the different anticorrosive coatings were prepared for laboratory testing in accordance with ISO 20340 with an artificial breach (Ritz) of 30mm length and 2mm width (horizontal) to simulate damage to the anticorrosive system and subjected to a 25 week cyclic aging test.
  • Assessment criteria for the quality of the different anti-corrosion coatings were the degree of corrosion of the scribe, as well as degree of blistering, degree of rust, degree of cracking, degree of exfoliation and degree of undercutting of the scribe.
  • the arc-sprayed aluminum-zinc coating with a coating thickness of 75 ⁇ m showed the best results in the tests. Red rust formed here only near the Ritz. An arc-sprayed aluminum-zinc coating with a layer thickness of 50 ⁇ m, however, begins after about 16 weeks with the formation of red rust.
  • FIG. 1 shows a component without anti-corrosion coating, which has also been subjected to the laboratory tests described above.
  • the component is coated without anticorrosive coating after 25 weeks with strong and deeply penetrating into the base material, emanating from the Ritz red rust.
  • FIG. 2 is a 75 ⁇ m thick aluminum-zinc coating shown, which was applied with air as the carrier gas by arc spraying and was also subjected to the laboratory tests described above.
  • the protective aluminum-zinc coating shows (also after 25 weeks) an improvement over the component without anti-corrosion coating FIG. 1 , Although the aluminum-zinc coating protects the flat areas of the component, the Ritz still shows strong red rust formation, which continues into the area.
  • FIG. 3 shows the using a hydrogen-nitrogen gas mixture arc sprayed aluminum-zinc coating with 75 ⁇ m layer thickness according to the invention, which has been subjected to the laboratory tests described above. It can be clearly seen that the Ritz is completely protected after 25 weeks and only slight oxide formation is present in some places.
  • FIG. 4 is a cut through the Ritz FIG. 3 shown. The almost white oxide layer on the surface washes into the defect and protects it. Also visible is the aluminum oxide layer protecting the underlying aluminum-zinc coating.
  • the different anti-corrosion coatings were subjected to tear tests to assess adhesion.
  • the bond strength is at a mean of 3.4MPa.
  • the aluminum-zinc coating applied by air as the carrier gas has an adhesive strength of 4.8 MPa.
  • the best values are achieved by the aluminum-zinc coating applied by means of the hydrogen-nitrogen gas mixture.
  • the adhesive strength of said aluminum-zinc coating is on average 7.6 MPa. The cause of these higher values is the better anchoring of the organic coating.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, wobei eine Aluminium-Zink-Beschichtung als Antikorrosionsbeschichtung verwendet wird, und wobei die Antikorrosionsbeschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, wobei zum thermischen Spritzen ein inertes Trägergas mit einer reduzierenden Gaskomponente verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, wobei die Antikorrosionsbeschichtung zumindest zum Teil als eine Aluminium-Zink-Beschichtung ausgebildet ist; eine Verwendung eines ein reduzierendes Gas enthaltenden Gasgemischs zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, sowie eine Verwendung einer Aluminium-Zink-Beschichtung als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung für Bauteile.
    • Stand der Technik
  • Bei einem Verfahren des thermischen Spritzens werden Spritzpartikel mit Hilfe eines Trägergases auf ein Werkstück gelenkt. Auf dem Werkstück bilden die Spritzpartikel eine Beschichtung aus. Die Spritzpartikel haften auf der Werkstückoberfläche und aneinander aufgrund der kinetischen Energie und der Wärme, die sie beim Auftreffen auf das Werkstück aufweisen. Aktiver Korrosionsschutz mittels Antikorrosionsbeschichtung aus Aluminium und/oder Zink ist der größte. Anwendungsbereich des thermischen Spritzens. Von diesen Werkstoffen werden, mit steigender Tendenz, jährlich ca. 20.000 Tonnen Draht verarbeitet. Beispielsweise ist im kommerziellen Offshore-Bereich die Spritzapplikation beider Werkstoffe, auch in Kombination, teilweise Standard. Im Bereich von Offshore-Windenergieanlagen besteht die besondere Forderung, Wartungsintervalle möglichst lang zu halten, was u.a. durch den Einsatz langlebiger Oberflächenbeschichtungen realisiert werden kann. Bisher kommen Spritzmetallisierungen an Offshore-Windenergieanlagen im Wesentlichen an mechanisch stark beanspruchten Bauteilen, wie Flansche, Zargen, Nietbohrungen, Bolzenlöcher und Aufsatzflächen etc., zum Einsatz.
  • Aus der EP 1 674 590 A1 ist die Verwendung einer Gasmischung für ein thermisches Spritzen bekannt. Spritzmaterial wird dabei im Zuge eines Lichtbogenspritzens in einem Lichtbogen aufgeschmolzen und in einem Trägergas zu Spritzpartikeln zerstäubt. Dabei wird eine Gasmischung als Trägergas verwendet, die Wasserstoff enthält. Beispielsweise enthält die Gasmischung dabei 1 bis 30 Vol.-% Wasserstoff. Für diese Erfindung wird Wasserstoff als reines Trägergas eingesetzt, um Luftsauerstoff zu binden.
  • Die EP 2 186 593 A1 offenbart ein Gasgemisch, umfassend ein Gemisch von Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasserstoff oder deren Mischungen mit einem unter Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoff. Das Gasgemisch wird dabei unter anderem für thermisches Spritzen und/oder Oberflächenbehandlung mittels Lichtbogen verwendet. Bei dieser Erfindung werden die Mischungen jeweils als reines Trägergas eingesetzt.
  • Ein Problem des thermischen Spritzens ist jedoch der Einfluss des Sauerstoffs auf das Spritzmaterial. Aufgrund hoher Temperaturen wird das Spritzmaterial in Anwesenheit von Sauerstoff zu einem hohen Grad oxidiert. Sauerstoff kann an das Spritzmaterial entweder durch das Trägergas, für welches oftmals Druckluft verwendet wird, oder durch die mit dem Trägergas verwirbelnde Umgebungsluft gelangen. Je nach vorhandener Energie verbrennen die abgeschmolzenen und zerstäubten Spritzpartikel dabei vollständig oder die Metallteilchen oxidieren zu Metalloxiden auf. Die vollständig verbrannten Spritzpartikel stehen für die Beschichtung nicht mehr zur Verfügung, man spricht vom Abbrand. Der Abbrand verringert folglich den Wirkungsgrad für die Aufbringung des Spritzmaterials auf das Werkstück. Der Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis zwischen dem die Beschichtung ausbildenden Spritzmaterial zu dem insgesamt abgeschmolzenen Spritzmaterial. Die Metalloxide hingegen gelangen zusammen mit den metallischen Spritzpartikeln zum Werkstück und werden dort Bestandteil der Beschichtung.
  • Bei Antikorrosionsbeschichtungen führen diese Metalloxide jedoch zu einer Verschlechterung der Beständigkeit der Beschichtung in Anwesenheit von korrosiven Umgebungsbedingungen. Um diese Beeinträchtigung der Qualität der Antikorrosionsbeschichtung zu vermeiden, kann Stickstoff als Trägergas verwendet werden. Stickstoff vermindert die Oxidation der Spritzpartikel. Jedoch wird die Oxidation durch die Verwendung von Stickstoff nur unzureichend unterdrückt, und die Beschichtungen erfüllen dann oft dennoch nicht die bezüglich der Qualität gestellten Anforderungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antikorrosionsbeschichtung auf Werkstücke bzw. Bauteile aufzubringen, wobei ein möglichst hoher Wirkungsgrad für das Aufbringen der Antikorrosionsbeschichtung ermöglicht werden soll und eine Oxidation der Antikorrosionsbeschichtung durch den Prozess des Aufbringens der Antikorrosionsbeschichtung verhindert werden soll.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, eine Verwendung eines ein reduzierendes Gas enthaltenden Gasgemischs zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, sowie eine Verwendung einer Aluminium-Zink-Beschichtung als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung für Bauteile gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Für ein erfindungsgemäßes Verfahren wird eine Aluminium-Zink-Beschichtung zumindest als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung verwendet. Dieser Bestandteil der Antikorrosionsbeschichtung wird durch thermisches Spritzen auf die Bauteile aufgebracht, wobei zum thermischen Spritzen ein inertes Trägergas mit einer reduzierenden Gaskomponente verwendet wird. Diese Beschichtung wird im Folgenden auch als "spritzmetallisierte Beschichtung" bezeichnet.
  • Mit dem Begriff "Bauteile" sind dabei sowohl einzelne Bauteile als Bestandteile von größeren Anlagen oder Maschinen zu verstehen, als auch Werkstücke, die (noch) nicht in Anlagen oder Maschinen verbaut sind und im Zuge ihres Fertigungsprozesses erfindungsgemäß beschichtet werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wurde die Korrosionsschutzwirkung verschiedener Antikorrosionsbeschichtungen, die mit unterschiedlichen Methoden auf Bauteile aufgebracht wurden, untersucht. Dabei wurden mit unterschiedlichen Methoden jeweils Aluminium-Zink-Beschichtungen und Aluminium-Beschichtungen in unterschiedlichen Schichtdicken und Ausprägungen auf Bauteile aufgebracht und fallweise versiegelt sowie mit einem mehrschichtigen organischen Beschichtungssystem versehen. Hauptziel war es, eine oxidfreiere Antikorrosionsbeschichtung herzustellen, die in ihrer Wirkung den durch den Prozess oxidierten Schichten überlegen ist.
  • Im Zuge der Erfindung wurden dabei erhebliche Vorteile einer Aluminium-Zink-Beschichtung als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung entdeckt, welche durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, wobei zum thermischen Spritzen ein inertes Trägergas mit einer reduzierenden Gaskomponente verwendet wird.
  • Bei einem korrosiven Angriff geht die Aluminium-Zink-Beschichtung in Lösung und schützt so das darunterliegende Material des Bauteils, beispielsweise Eisen. Das elektrochemische Potential einer mit der reduzierenden Gaskomponente thermisch gespritzten Aluminium-Zink-Beschichtung ist höher als das einer Aluminium-Zink-Beschichtung, die ohne reduzierende Gaskomponente thermisch gespritzt wurde, beispielsweise unter herkömmlicher Luft. Die Korrosionsschutzwirkung der mit der reduzierenden Gaskomponente thermisch gespritzten Aluminium-Zink-Beschichtung basiert auf einer Kombination aus dem kathodischen Schutz der aluminiumreichen Phasen, einer selektiven Korrosion des Zinks verbunden mit der Bildung von voluminösen Korrosionsprodukten (Aluminiumhydroxide und Zinkhydroxide). Diese lagern sich in den Poren ab, was die Dichtigkeit des Überzuges heraufsetzt. Bei einem korrosiven Angriff werden die in der äußersten Moleküllage befindlichen Aluminiumatome aufgrund ihrer gegenüber Zink doppelten Affinität zu Sauerstoff zuerst oxidiert. Eine Zinkoxidbildung setzt zu diesem Zeitpunkt noch nicht ein. Es bilden sich Aluminiumoxide, die von Zinkatomen umgeben sind. Ist dies mit allen in der ersten Moleküllage befindlichen Aluminium-Atomen geschehen, bildet sich auch Zinkoxid, welches leicht löslich ist und aus der Oberfläche "ausgespült" wird. Zurück bleibt eine festhaftende, dichte und sehr stabile Aluminiumoxidschicht, die die darunterliegende Aluminium-Zink-Beschichtung schützt. Darüber hinaus kann eine kathodische Fernwirkung über Lücken in der verletzten Aluminium-Zink-Beschichtung hinweg realisiert werden.
  • Grundvoraussetzung für das Eintreten dieser für die Antikorrosionwirkung entscheidenden Eigenschaften ist dabei, dass die aufgebrachte Aluminium-Zink-Beschichtung nicht bereits durch den Prozess des Aufbringens durchoxidiert und dass sich das Oxid an der Oberfläche bilden kann, um seine volle Wirkung zu erzielen. Bei Methoden des Aufbringens der Aluminium-Zink-Beschichtung ohne reduzierende Gaskomponente, beispielsweise mit Luft, ist jeder Partikel bereits vor dem Auftreffen auf das Bauteil oxidiert. Mit der reduzierenden Gaskomponente thermisch gespritzte Aluminium-Zink-Beschichtungen bilden sehr reine Aluminium-Zink-Beschichtungen mit geringem Oxidgehalt.
  • Parameter des thermischen Spritzens bestimmen in übergeordnetem Maß die Eigenschaften der Aluminium-Zink-Beschichtung. Die Wahl des Düsensystems, sowie Parameter wie beispielsweise Spannung, Strom oder die Art des Trägergases beeinflussen die Spritzpartikel bei der Ablösung an Elektroden sowie in ihrer Flugphase und dadurch die daraus gebildete Aluminium-Zink-Beschichtung. Fein zerstäubte Schmelztröpfchen bedeuten zugleich eine große spezifische Oberfläche und damit die Förderung des Oxidgehaltes in der Aluminium-Zink-Beschichtung. Diese Oxidation kann durch den Einsatz inerter Trägergase mit einer reduzierenden Gaskomponenten erheblich verringert werden.
  • Vorteilhafterweise wird über die Aluminium-Zink-Beschichtung eine zweite Beschichtung, insbesondere eine oder mehrere Farbschichten, aufgebracht. Somit wird ein Korrosionsschutzsystem aus mindestens zwei Schichten erzeugt. Die erfindungsgemäße Aluminium-Zink-Beschichtung bildet dabei die erste Schicht, einen sogenannten Primer. Die zweite Beschichtung bildet die zweite Schicht. Die Widerstandsfähigkeit des Korrosionsschutzes kann durch das Zusammenwirken der ersten Antikorrosionsbeschichtung und der zweiten Beschichtung nochmals erhöht werden. Die Haftfestigkeit der zweiten Beschichtung wird durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Antikorrosionsbeschichtung erheblich verbessert, zum Einen im Vergleich zu einer "zweiten" Beschichtung ohne eine darunterliegende Antikorrosionsbeschichtung und zum Anderen im Vergleich zu einer Antikorrosionsbeschichtung, die nicht mit der reduzierenden Gaskomponente thermisch gespritzt wurde.
  • Die erste Schicht "heilt" dabei durch Fließen Beschädigungen, beispielsweise Risse. Die zweite Schicht begrenzt dieses Fließen der ersten Schicht, damit diese "Heilung" stattfinden kann und der Verlust an Material aus der ersten Schicht durch das Fließen begrenzt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird also eine Antikorrosionsbeschichtung, die eine spritzmetallisierte Schicht enthält, auf Werkstücke bzw. Bauteile aufgebracht, die insbesondere derart (prozess-)technisch ausgeführt wird, dass auf diese spritzmetallisierte Antikorrosionsbeschichtung weitere (Farb-)schichten in nach- oder vorgelagerten Prozessschritten aufgebracht werden/wurden, so dass sich aus dem Zusammenwirken von spritzmetallisierter Schicht und den weiteren (Farb-)schichten ein qualitativ so hochwertiger Korrosionsschutz für die derartig beschichteten Werkstücke bzw. Bauteile ergibt, der auch den herausfordernsten korrosiven Medien und Umgebungsbedingungen standhält. Für das Aufbringen der spritzmetallisierten Schicht wird ein möglichst hoher Wirkungsgrad für das Aufbringen durch die Erfindung ermöglicht und eine Oxidation der Antikorrosionsbeschichtung durch den Prozess des Aufbringens der Antikorrosionsbeschichtung wird erfindungsgemäß verhindert.
  • Vorzugsweise wird als reduzierende Gaskomponente Wasserstoff verwendet. Weiterhin vorteilhaft wird als Trägergas Stickstoff verwendet. Besonders bevorzugt wird ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch verwendet. Der Anteil der reduzierenden Gaskomponente an dem Gasgemisch beträgt dabei vorzugsweise zwischen 0, 1 % und 10%, insbesondere zwischen 2% und 4%.
  • Auch eine Verwendung des in der EP 1 674 590 A1 von derselben Anmelderin offenbarten Gasgemischs, welches Wasserstoff enthält, ist denkbar. Insoweit sei bezüglich der entsprechenden Offenbarung ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen. Insbesondere ein derartiges Gasgemisch, das 3 bis 7 Vol.% Wasserstoff enthält, bietet sich für ein erfindungsgemäßes Verfahren an. Jedoch wurde bei dieser Erfindung Wasserstoff lediglich als Trägergas verwendet, um Luftsauerstoff (z.B. aus der Umgebungsluft) zu binden.
  • Auch ein Gasgemisch gemäß der EP 2 186 593 A1 , ebenfalls von derselben Anmelderin, ist denkbar. Insoweit sei bezüglich der entsprechenden Offenbarung ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen. Ein derartiges Gasgemisch umfasst ein Gemisch von Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasserstoff oder deren Mischungen mit einem unter Normalbedingungen gasförmigen Kohlenwasserstoff. Insbesondere enthält dieses Gasgemisch Dotiermengen von NO und/oder NO2. Bei dieser Erfindung werden die Mischungen jeweils als reines Trägergas eingesetzt. Bevorzugt wird zum thermischen Spritzen ein Lichtbogenspritzen eingesetzt. Beim Lichtbogenspritzen werden zwei Drähte in einem Lichtbogen aufgeschmolzen und mit Hilfe eines Trägergases zu Spritzpartikel zerstäubt und anschließend zu dem Bauteil befördert. Der elektrische Lichtbogen brennt dabei zwischen den beiden Drähten, die als Anode und Kathode ausgebildet sind. Als Drähte kommen deshalb nur elektrisch leitende Materialien in Frage. Die beiden Drähte können dabei aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien sein. Anstelle von Drähten können auch zwei metallische Röhrchen verwendet werden. Der Lichtbogen wird normalerweise zwischen den beiden Drahtenden, die in der Spritzpistole aufeinander zugeführt werden, durch das Anlegen einer Spannung mit einer Kontaktzündung erzeugt. Auch Fülldrähte können verarbeitet werden, wodurch es möglich ist, zusätzlich hartstoffhaltige Schichten für den Verschleißschutz aufzubringen, welche beispielsweise Oxide, Nitride, Karbide oder Boride, enthalten. Für eine Aluminium-Zink-Beschichtung können dabei beispielsweise bis zu 20kg pro Stunde verarbeitet werden. Lichtbogenspritzen besitzt für das Aufbringen von metallischer Antikorrosionsbeschichtung ideale Voraussetzungen. Einfaches Handling, Einsatz günstiger Werkstoffe (durch die Verwendung von Draht), große Auftragsrate bei hohem Wirkungsgrad, sowie Erfassen großer Flächen in kurzer Zeit.
  • Bevorzugt beträgt eine Dicke der spritzmetallisierten Beschichtung zwischen 50µm und 150µm, insbesondere zwischen 75µm und 120µm, weiter insbesondere 100µm.
  • Vorzugsweise beträgt die Haftfestigkeit der spritzmetallisierten Aluminium-Zink-Beschichtung im Mittel zwischen 7,0 und 8,0 MPa und die Haftfestigkeit der weiteren (Farb-)schichten auf der spritzmetallisierten Schicht selbst oder der Antikorrosionsbeschichtung auf dem beschichteten Material ebenfalls im Mittel zwischen 7,0 und 8,0 MPa.
  • Vorzugsweise wird die Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile aufgebracht wird, die einer Seewasseratmosphäre (C5-M) oder einer maritimen Atmosphäre (Im2) ausgesetzt sind, z.B. auf Bohrinseln oder auf Küstenanlagen, und/oder auf Bauteile, die anderen korrosiven chemischen Atmosphären (C5-I) ausgesetzt sind, z.B. in chemische Anlagen. Die Antikorrosionsbeschichtung ist auch für Bauteile geeignet, die extremem Klima, insbesondere tropischem Klima, ausgesetzt sind, z.B. Metallisierungen von Propanflaschen für tropisches Klima.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile einer Windenergieanlage, insbesondere einer Offshore-Windenergieanlage, aufgebracht. Die Antikorrosionsbeschichtung bietet sich besonders an, um auf Windtürme von Windenergieanlagen bzw. Offshore-Windenergieanlagen aufgebracht zu werden. Die Antikorrosionsbeschichtung kann besonders einfach an mechanisch stark beanspruchten Bauteilen, wie Flansche, Zargen und Aufsatzflächen, erfindungsgemäß aufgebracht werden. Durch die Haftfestigkeit und die Langlebigkeit der erfindungsgemäß aufgebrachten Antikorrosionsbeschichtung können Wartungsintervalle möglichst lang gehalten werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines eine reduzierende Gaskomponente enthaltenden Gasgemischs zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, sowie eine Verwendung einer Aluminium-Zink-Beschichtung als eine Antikorrosionsbeschichtung für Bauteile. Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Verwendungen ergeben sich aus der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens in analoger Art und Weise.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigen
    • Figur 1
    ein Bauteil ohne Antikorrosionsbeschichtung,
    Figur 2
    ein Bauteil mit einer Aluminium-Zink-Beschichtung, die mit Luft als Trägergas aufgebracht wurde,
    Figur 3
    ein Bauteil mit einer mittels einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachten Aluminium-Zink-Beschichtung mit einem eine Aktivgaskomponente enthaltenden Gasgemisch als Trägergas und
    Figur 4
    einen vergrößerten Ausschnitt des Bauteils aus Figur 3, zur Verdeutlichung der Wirkung der mittels einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachten Aluminium-Zink-Beschichtung.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Ergebnisse der Laborprüfungen und Testreihen, welcher der Erfindung zu Grunde liegen.
  • Im Rahmen von Laborprüfungen wurde die Korrosionsschutzwirkung verschiedener, für die Anwendung an Offshore-Windenergieanlagen geeigneter Duplexsysteme untersucht. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Gestaltung der Metallisierungen.
  • Ein Sealer dient bei den porenreicheren lichtbogengespritzten Antikorrosionsbeschichtungen dazu, die Antikorrosionsbeschichtung abzudichten, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
  • Die unterschiedlichen Antikorrosionsbeschichtungen wurden für die Laborprüfungen nach ISO 20340 mit einer künstlichen Verletzung (Ritz) mit einer Ausdehnung von 30mm Länge und 2mm Breite (waagerecht) präpariert, um eine Schädigung am Korrosionsschutzsystem zu simulieren und einer 25-wöchigen zyklischen Alterungsprüfung unterzogen. Beurteilungskriterien für die Qualität der unterschiedlichen Antikorrosionsbeschichtungen waren der Grad der Korrosion vom Ritz, sowie Blasengrad, Rostgrad, Rissgrad, Abblätterungsgrad und Grad der Unterwanderung vom Ritz.
  • Im Vergleich zu Antikorrosionsbeschichtungen, die nicht durch thermisches Spritzen, insbesondere mit einer reduzierenden Gaskomponente, aufgetragen wurden, kann ein wesentlich besseres Antikorrosionsverhalten aufgezeigt werden. Hinsichtlich Korrosion und Einfluss auf die Verbindung mit einer Farbschicht konnten des Weiteren erhebliche Unterschiede der unterschiedlichen Antikorrosionsbeschichtungen festgestellt werden.
  • Die lichtbogengespritzte Aluminium-Zink-Beschichtung mit einer Schichtdicke von 75µm zeigte bei den Tests die besten Resultate. Rotrost bildete sich hier lediglich nahe an dem Ritz. Eine lichtbogengespritzte Aluminium-Zink-Beschichtung mit einer Schichtdicke von 50µm hingegen beginnt nach ca. 16 Wochen mit der Ausbildung von Rotrost.
  • In Figur 1 ist ein Bauteil ohne Antikorrosionsbeschichtung dargestellt, welches den oben beschriebenen Laborprüfungen ebenfalls unterzogen wurde. Wie in Figur 1 zu erkennen ist, ist das Bauteil ohne Antikorrosionsbeschichtung nach 25 Wochen mit starkem und tief in den Grundwerkstoff eindringendem, vom Ritz ausgehenden Rotrost befallen.
  • In Figur 2 ist eine 75µm dicke Aluminium-Zink-Beschichtung dargestellt, die mit Luft als Trägergas durch Lichtbogenspritzen aufgetragen wurde und ebenfalls den oben beschriebenen Laborprüfungen unterzogen wurde. Die schützende Aluminium-Zink-Beschichtung zeigt (ebenfalls nach 25 Wochen) eine Verbesserung gegenüber dem Bauteil ohne Antikorrosionsbeschichtung aus Figur 1. Die Aluminium-Zink-Beschichtung schützt zwar die flächigen Bereiche des Bauteils, vom Ritz ausgehend ist aber dennoch starke Rotrostbildung zu erkennen, die sich in die Fläche fortsetzt.
  • Figur 3 zeigt die unter Verwendung eines Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemischs lichtbogengespritzte Aluminium-Zink-Beschichtung mit 75µm Schichtdicke im Sinne der Erfindung, die den oben beschriebenen Laborprüfungen unterzogen wurde. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass der Ritz nach 25 Wochen komplett geschützt ist und nur leichte Oxidbildung an einigen Stellen vorhanden ist. In Figur 4 ist ein Schliff durch den Ritz aus Figur 3 gezeigt. Die fast weiße Oxidschicht an der Oberfläche wäscht sich in die Fehlstelle und schützt diese dadurch. Ebenfalls zu erkennen ist die Aluminiumoxidschicht, die die darunterliegende Aluminium-Zink-Beschichtung schützt.
  • Nach der 25-wöchigen Alterungsprüfung wurden die unterschiedlichen Antikorrosionsbeschichtungen Abreißversuchen zur Beurteilung der Haftfestigkeit unterzogen. Ohne Antikorrosionsbeschichtungen liegt die Haftfestigkeit bei Werten von im Mittel 3,4MPa. Die durch Luft als Trägergas aufgebrachte Aluminium-Zink-Beschichtung weist eine Haftfestigkeit von 4,8MPa auf. Die besten Werte erreicht die mittels des Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisches aufgebrachte Aluminium-Zink-Beschichtung. Die Haftfestigkeit besagter Aluminium-Zink-Beschichtung liegt im Mittel bei 7,6MPa. Die Ursache dieser höheren Werte liegt in der besseren Verankerung der organischen Beschichtung.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, wobei eine Aluminium-Zink-Beschichtung zumindest als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Zink-Beschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, wobei zum thermischen Spritzen ein inertes Trägergas mit einer reduzierenden Gaskomponente verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf oder unter der Aluminium-Zink-Schicht eine weitere Beschichtung, insbesondere eine oder mehrere Farbschichten, aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als reduzierende Gaskomponente Wasserstoff verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei als Trägergas Stickstoff verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch als Spritzgasgemisch verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum thermischen Spritzen ein Lichtbogenspritzen eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die spritzmetallisierte Schicht alleine oder als Bestandteil einer Antikorrosionsbeschichtung auf mechanisch besonders beanspruchte Stellen zur Verminderung des Verschleißes und der Korrosion aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Anteil der reduzierenden Gaskomponente an dem Gasgemisch zwischen 0,1% und 10%, insbesondere zwischen 2% und 4% beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der spritzmetallisierten Beschichtung zwischen 50µm und 150µm, insbesondere zwischen 75µm und 120µm, weiter insbesondere 100µm beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Haftfestigkeit der spritzmetallisierten Aluminium-Zink-Schicht im Mittel zwischen 7,0 und 8,0MPa beträgt und, soweit auf Anspruch 2 zurückbezogen, die Haftfestigkeit der weiteren Schichten auf der spritzmetallisierten Schicht selbst oder der Antikorrosionsbeschichtung auf dem beschichteten Material im Mittel zwischen 7,0 und 8,0MPa beträgt.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile aufgebracht wird, die einer korrosiven Atmosphäre, insbesondere eine Seewasseratmosphäre oder einer maritimen oder chemischen Atmosphäre, ausgesetzt sind.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile einer Windenergieanlage, insbesondere eine Offshore-Windenergieanlage, aufgebracht wird.
  13. Verwendung eines eine reduzierende Gaskomponente enthaltenden Gasgemischs zum Aufbringen einer Antikorrosionsbeschichtung auf Bauteile, wobei die Antikorrosionsbeschichtung als eine Aluminium-Zink-Beschichtung ausgebildet ist, und die Antikorrosionsbeschichtung durch thermisches Spritzen mit Hilfe eines die reduzierende Gaskomponente enthaltenden inerten Trägergases aufgebracht wird.
  14. Verwendung einer Aluminium-Zink-Beschichtung als eine Antikorrosionsbeschichtung für Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass die Antikorrosionsbeschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, wobei zum thermischen Spritzen ein inertes Trägergas mit einer reduzierenden Gaskomponente verwendet wird.
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