EP3794167B1

EP3794167B1 - Fördergestellreinigung in einer prozessfolge zur elektrotauchlackierung

Info

Publication number: EP3794167B1
Application number: EP19720648.5A
Authority: EP
Inventors: Jan-Willem Brouwer; Jens Kroemer; Frank-Oliver Pilarek; Fernando Jose RESANO ARTALEJO
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2022-11-02
Anticipated expiration: 2039-05-02
Also published as: CN112119184A; EP3794167A1; EP3569743A1; WO2019219395A1; US20210062356A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrosionsschützenden Beschichtung von metallischen Bauteilen in Serie umfassend mehrere nasschemische Behandlungsstufen inklusive einer kathodischen Elektrotauchlackierung, die den Beschichtungsprozess abschließt, bei dem jedes Bauteil von einem Fördergestell aufgenommen und das Transportpaar bestehend aus Bauteil und Fördergestell sodann durch sämtliche Behandlungsstufen geführt wird, ehe das fertig beschichtete Bauteil vom Fördergestell getrennt und ein unbeschichtetes Bauteil vom selben Fördergestell zur Beschichtung aufgenommen wird, wobei in dem Verfahren durch Eingliedern einer zusätzlichen Behandlungsstufe vor der Reinigung/Entfettung und der anschließenden Passivierung und Elektrotauchlackierung der Aufbau massiver Lackabscheidungen auf den Fördergestellen unterbunden wird. Auf diese Weise wird im erfindungsgemäßen Verfahren der Beschichtungsprozess von der Vorbehandlung bis zur Elektrotauchlackierung in einer Einzelanlage (sogenannter "Single-Loop") wirtschaftlich betreibbar, da das Ausschleusen einzelner Förderelemente zur Entfernung von Lackabscheidungen nach Eingliederung der Vorreinigung fortfällt. Eine effektive Entfernung der auf den Fördergestellen aus der kathodischen Elektrotauchlackierung aufgenommenen Lackbestandteile gelingt im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch bloßes In-Kontakt-Bringen der Fördergestelle und damit auch der zu beschichtenden vom Fördergestell aufgenommenen Bauteile mit einem wässrigen Mittel geeigneter Azidität enthaltend Phosphorsäure ehe die nasschemischen Behandlungsstufen zur Reinigung/Entfettung, Passivierung und kathodischen Elektrotauchlackierung durchlaufen werden.
Die korrosionsschützende Vorbehandlung von metallischen Bauteilen, insbesondere bestehend aus den Werkstoffen Zink, Eisen, Stahl, verzinktem Stahl und/oder Aluminium, in einer Prozessfolge umfassend eine Passivierung, bspw. auf Basis wasserlöslicher Phosphate oder auf Basis wasserlöslicher Verbindungen der Elemente Zr, Ti und/oder Si, gefolgt von einer Elektrotauchlackierung ist im Stand der Technik seit Jahrzehnten etabliert bzw. grundsätzlich bekannt. Die Passivierung kann dabei die Ausbildung einer kristallinen Konversionsschicht, bspw. einer Phosphatschicht entsprechend der EP 2503025 oder lediglich die Ausbildung eines amorphen Überzuges, bspw. im Rahmen einer Zirkonphosphatierung entsprechend der EP 2215285 , bewirken. Die derart passivierten metallischen Bauteile werden üblicherweise nach einer Spüle umgehend in die Behandlungsstufe der Elektrotauchlackierung überführt. Zum Transport der Bauteile durch die zuvor skizzierten Behandlungsstufen eines konventionellen korrosionsschützenden Beschichtungsprozesses von Metalloberflächen von Eisen-, Zink- und Aluminiumwerkstoffen werden in der Automobilindustrie Fördergestelle eingesetzt, die die Karossen aufnehmen und durch die Behandlungsstufen führen. Dabei werden auch Teile der Fördergestelle mit den in den nasschemischen Behandlungsstufen mit den jeweiligen Bad- und Spüllösungen in Kontakt gebracht. Verfahrenstechnisch vorteilhaft ist dabei die Beschichtung in einer Einzelanlage, in der ein Transportpaar bestehend aus Fördergestelle samt Karosse durch sämtliche Behandlungsstufen einschließlich der Elektrotauchlackierung geführt, die Karosse sodann für die Einbrennstufe, die das Trocknen, Verfilmen und Aushärten des Elektrotauchlackes vorsieht, vom Fördergestell getrennt und ausgeschleust wird und das von der Karosse befreite Fördergestell eine unbehandelte und damit unbeschichtete Karosse aufnimmt, um den Beschichtungsprozess von Neuem zu durchlaufen (sogenannte "Single-Loop Anlage"). Jedes Fördergestell einer solchen Single-Loop Anlage durchläuft damit so oft sämtliche nasschemischen Behandlungsstufen wie es erforderlich ist, die vorgegebene Serie an Karossen korrosionsschützend zu beschichten, oder so oft wie möglich ehe eine Wartung der Anlage notwendig wird.
Aus der WO2017/178618 A1 ist ein Verfahren zur korrosionsschützenden Vorbehandlung einer Vielzahl von metallischen Bauteilen bekannt, bei dem die Überschleppung wasserlöslicher Phosphate aus einer sauren Passivierung, die Wasser gelöste Phosphate als Aktivkomponente aufweist und insbesondere eine Phosphatierung sein kann, in die Behandlungsstufe der Tauchlackierung effektiv vermieden wird. Hier wird in einem eigenen Prozessschritt, der nur die Behandlung der Fördergestelle vorsieht, zumindest der Teil der Fördergestelle der zuvor in der sauren Passivierung mit der wässrigen Behandlungslösung enthaltend wasserlösliche Phosphate in Kontakt gebracht worden war, nunmehr zur Konditionierung mit einem sauren wässrigen Mittel enthaltend wasserlösliche Verbindungen der Elemente Eisen, Aluminium, Kalzium, Magnesium, Zink, Chrom(III), Titan und/oder Zirkonium in einer Gesamtmenge von mindestens 0,1 g/kg bezogen auf das Mittel in Kontakt gebracht wird.
In Single-Loop Anlagen zeigt sich aber auch, dass die Fördergestelle regelmäßig von aus der Elektrotauchlackierung anhaftenden Bindemittel- und Pigmentbestandteilen gereinigt werden müssen, was einen verfahrenstechnisch aufwendigen Prozess darstellt, da die auf den Fördergestellen anhaftenden Elektrotauchlackbestandteile üblicherweise in den der Passivierungsstufe vorgelagerten Stufen der Reinigung/Entfettung koagulieren und durch bloßes Spülen nicht mehr entfernt werden können.
Da die Elektrotauchlackierung je Fördergestell zur Beschichtung einer Vielzahl an Karossen wiederholt durchfahren wird, baut sich auf den Bereichen des Fördergestells, die immer wieder in Kontakt mit dem Elektrotauchlack treten, ein Lackkoagulat in beträchtlicher Schichtdicke auf, das letztlich fest anhaftende Verkrustungen ausbildet, die nur mit hohem Aufwand mechanisch vom Fördergestell entfernt werden können. Letzteres ist insbesondere bei der alkalischen Reinigung und Entfettung der Fall, wenn zugleich zur Beschichtung eine kathodische Elektrotauchlackierung vorgesehen ist. Die Wirtschaftlichkeit einer Single-Loop Anlage ist demnach trotz ihrer grundsätzlich effizienten Fahrweise aufgrund der erforderlichen regelmäßigen Wartung der Fördergestelle und dem damit verbundenen Anlagenstillstand gegenüber solchen Produktionsstraßen, in denen die Karosse nach der Passivierung und vor der Elektrotauchlackierung von ihrem Fördergestell getrennt und zur weiteren Beschichtung von einer zweiten Fördergestellanlage aufgenommen wird, oft nicht gegeben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Wirtschaftlichkeit einer Single-Loop Anlage bei der korrosionsschützenden Beschichtung metallischer Bauteile in Serie umfassend deren Reinigung/Entfettung, Passivierung und kathodischer Elektrotauchlackierung zu verbessern, indem ein kontinuierlicher Betrieb der Beschichtungsanlage während der Serienproduktion sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst in einem Verfahren zur korrosionsschützenden Beschichtung von metallischen Bauteilen in Serie umfassend zumindest eine Reinigung/Entfettung, eine Passivierung und eine kathodische Elektrotauchlackierung jeweils als nasschemische Behandlungsstufen, wobei die Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung stets derjenigen der Passivierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung vorausgeht und auf Basis einer wässrigen Reinigungslösung erfolgt, deren pH-Wert oberhalb von 6 liegt, und wobei die Behandlungsstufe der kathodischen Elektrotauchlackierung stets derjenigen der Passivierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung nachfolgt, bei dem jedes vorzubehandelnde Bauteil der Serie von einem Fördergestell aufgenommen, sodann das Transportpaar bestehend aus Bauteil und Fördergestell durch die nasschemischen Behandlungsstufen entsprechend der Prozessfolge geführt und das Transportpaar erst nach der letzten Behandlungsstufe voneinander getrennt und ein korrosionsschützend beschichtetes Bauteil ausgeschleust wird, und anschließend das auf diese Weise freigegebene Fördergestell ein nächstes Bauteil der Serie aufnimmt, um die Prozessfolge zum Zwecke der korrosionsschützenden Beschichtung desselben erneut zu durchlaufen, wobei das Fördergestell die Prozessfolge so oft durchläuft, wie es erforderlich ist, die Serie der Bauteile korrosionsschützend zu beschichten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teil eines jeden Fördergestelles, der in der kathodischen Elektrotauchlackierung mit dem Tauchlack in Kontakt gebracht wird, nach der letzten Behandlungsstufe und nach der Aufnahme eines nächsten vorzubehandelnden Bauteils, jedoch vor der Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung, in einer Vorreinigung mit einem wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird, das einen Gesamtsäuregehalt von mindestens 3 Punkten aufweist und Phosphorsäure enthält.
Ein metallisches Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn das Bauteil zumindest teilweise zusammengesetzt ist aus mindestens einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Zink, Eisen, Aluminium sowie aus den jeweiligen Legierungen, insofern die vorgenannten Elemente jeweils den Hauptlegierungsbestandteil mit mehr als 50 at.-% bilden, sowie aus verzinktem Stahl.
Eine korrosionsschützende Beschichtung in Serie gemäß der vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn eine Vielzahl von metallischen Bauteilen die nasschemischen Behandlungsstufen durchläuft, wobei die Beschichtung eines jeden Bauteils nacheinander und damit zeitlich voneinander getrennt erfolgt.
Eine Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung eine vorgegebene Abfolge nasschemischer Behandlungsstufen von der Aufnahme des zu beschichtenden Bauteils durch das Fördergestell bis zur Entnahme des nunmehr beschichteten Bauteils zum Zwecke der Übergabe an nachgelagerte Behandlungsstufen bspw. der Einbrennstufe, wobei jede einzelne nasschemische Behandlungsstufe ein In-Kontakt-Bringen des Bauteils und zumindest Teile des Fördergestelles mit einem wässrigen Mittel vorsieht.
Ein Fördergestell ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede zur Aufnahme, zum Transport und zum Ausschleusen des Bauteils geeignete Vorrichtung, wobei die Eignung auch darin besteht, das Bauteil durch die räumlich voneinander getrennten nasschemischen Behandlungsstufen entsprechend der erfindungsgemäßen Prozessfolge führen zu können und dabei möglichst wenig Material sowohl in die Behandlungsstufen abzugeben als auch aus den Behandlungsstufen aufzunehmen. Fördergestelle sind daher vorzugsweise aus gegenüber den in den Behandlungsstufen applizierten Medien inerten Materialien gefertigt, bspw. Edelstahl, und weisen eine äußere Gestaltung auf, die das Schöpfen von Medien aus der jeweiligen Behandlungsstufe in die jeweils nachfolgende minimiert. Sobald das Bauteil vom Fördergestell aufgenommen ist, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Transportpaar realisiert und zwar solange bis das Bauteil zur weiteren Behandlung außerhalb der erfindungsgemäßen Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung an eine nächste Anlage, insbesondere Fördergestellanlage, bspw. zum Einbrennen des Elektrotauchlackes, übergeben und damit ausgeschleust wird. Das Fördergestell ist, sobald das entsprechend der Prozessfolge korrosionsschützend beschichtete metallische Bauteil ausgeschleust ist, wieder freigegeben und kann ein weiteres korrosionsschützend zu beschichtendes metallisches Bauteil aufnehmen. Üblicherweise ist es aus Gründen der Verfahrensökonomie bevorzugt, wenn zur quasikontinuierlichen Behandlung einer Vielzahl von Bauteilen in Serie auch eine Vielzahl von Fördergestellen eingesetzt wird, vorzugsweise entspricht die Anzahl der Fördergestelle mindestens der Anzahl an nasschemischen Behandlungsstufen.
Der Gesamtsäuregehalt in Punkten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bestimmt, indem man 10 ml des wässrigen Mittels der Vorreinigung auf 50 ml verdünnt und mit 0,1 N Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 8,5 titriert. Der Verbrauch an Millilitern Natronlauge gibt die Punktzahl der Gesamtsäure an. Der pH-Wert entspricht dem negativen dekadischen Logarithmus der Aktivität der Hydroniumionen gemessen mittels pH-sensitiver Glaselektroden bei 20 °C nach deren Kalibrierung mit für den betreffenden pH-Wertbereich geeigneten pH-Pufferlösungen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur korrosionsschützenden Beschichtung metallischer Bauteile in Serie wird jedes Fördergestell nach Aufnahme des nächsten zu beschichtenden Bauteils beim erneuten Durchlaufen aller zur Beschichtung erforderlichen Behandlungsstufen in der Vorreinigung von Bindemittel- und Pigmentrückständen effektiv befreit. Damit ist eine gesonderte Wartung der Fördergestelle zur Entfernung von fest anhaftenden Elektrotauchlackrückständen nicht mehr erforderlich, so dass selbige in einer Beschichtungsanlage sämtliche nasschemischen Behandlungsstufen wiederholt durchlaufen können und auf diese Weise die Vorteile einer Betriebsweise mit nur einer Fördergestellanlage vollständig ausgeschöpft werden können. Die Vorreinigung ist im erfindungsgemäßen Verfahren auf die Art der Elektrotauchlackierung abgestimmt und erfordert ein saures wässriges Mittel zum Ablösen kathodischer Tauchlackrückstände von den Fördergestellen in der Vorreinigung.
Eine Elektrotauchlackierung im Sinne der vorliegenden Erfindung kennzeichnet eine nasschemische Behandlungsstufe, in deren Verlauf ein aushärtbares Lackkoagulat auf dem metallischen Bauteil unter Anlegen einer elektrischen Spannung abgeschieden wird, das in einer nachfolgenden Behandlungsstufe durch Einbrennen verfilmt und ausgehärtet wird. Zu diesem Zweck beruht die Elektrotauchlackierung vorzugsweise auf einem wässrigen Mittel enthaltend zumindest ein dispergiertes organisches Harz in einer Menge von zumindest 1 Gew.-% bezogen auf das wässrige Mittel. Erfindungsgemäß ist der Elektrotauchlack kathophoretisch abscheidbar, also durch Anlegen einer elektrischen Spannung, bei der das korrosionsschützend zu beschichtende metallische Bauteil als Kathode geschaltet ist. Es handelt sich dementsprechend um eine kathodische Elektrotauchlackierung, bei der eine alkalische pH-Verschiebung an der Grenzfläche zum metallischen Bauteil die Koagulation der dispergierten Harz-Partikel und so die Schichtbildung auf dem Bauteil herbeiführt. Die kathodische Elektrotauchlackierung ist insbesondere für die korrosionsschützende Beschichtung passivierter, bspw. zinkphosphatierter oder mit amorphen Konversionsschichten überzogener metallischer Bauteile etabliert und wird standardmäßig bei der Beschichtung von Automobilkarossen betrieben. Vorzugsweise wird ein Epoxid-Harz als Bindemittel, das wiederum vorzugsweise ausgewählt ist aus Amin-modifizierten Polyepoxiden, für die kathodische Tauchlackierung verwendet, wobei der kathodisch zu applizierende Tauchlack vorzugsweise zusätzlich blockierte und/oder unblockierte Isocyanat-Gruppen enthaltende organische Verbindungen als Härter und besonders bevorzugt zusätzlich auch zumindest eine wasserlösliche Verbindung des Elements Bismut und/oder des Elements Yttrium umfasst, die jeweils einen positiven Einfluss auf die Vernetzung des Lackkoagulats in der Einbrennstufe auszuüben vermag. Verbindungen dieser Elemente sind im Sinne der vorliegenden Erfindung "wasserlöslich", wenn ihre Löslichkeit in entionisiertem Wasser mit einer Leitfähigkeit von nicht mehr als 1 µScm^-1 bei einer Temperatur von 20 °C zumindest 1 g/kg beträgt.
Die Koagulationsneigung von Lackrückständen kathodischer Tauchlacke in alkalischen Medien bedingt die Bildung von massiven Lackabscheidungen und Verkrustungen auf Fördergestellen, die die Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung der Serie von metallischen Bauteilen auf Basis einer kathodischen Elektrotauchlackierung im Single-Loop Betrieb durchlaufen, und dies insbesondere dann, wenn die aus der Tauchlackierung gefahrenen Fördergestelle nach Aufnahme des nächsten korrosionsschützend zu beschichteten Bauteils zunächst in die Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung einlaufen, die üblicherweise auf Basis eines Neutralreinigers oder eines alkalischen Reinigers erfolgt. Dementsprechend ist die Etablierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Wirtschaftlichkeit einer Single-Loop Anlage umfassend eine konventionelle Prozessfolge bestehend aus Reinigung/Entfettung auf Basis einer wässrigen Reinigungslösung mit einem pH Wert oberhalb von 6, einer Passivierung und einer kathodischer Elektrotauchlackierung, in denen der Behandlungsstufe der Passivierung die Reinigung/Entfettung als nasschemische Behandlungsstufe innerhalb der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung von Bauteilen in Serie vorausgeht, die wiederum der Behandlungsstufe der Vorreinigung nachfolgt, essentiell. Die wässrige Reinigungslösung der Reinigung/Entfettung ist vorzugsweise alkalisch und weist besonders bevorzugt einen pH-Wert oberhalb von 8, insbesondere bevorzugt einen pH-Wert oberhalb von 10 auf. Die Reinigung/Entfettung auf Basis der wässrigen Reinigungslösung folgt dabei der Vorreinigung, vorzugsweise ohne dazwischenliegenden Spülschritt und ohne Trocknungsschritt, unmittelbar nach. Unmittelbar bedeutet in diesem Zusammenhang ohne einen oder mehrere dazwischenliegende nasschemische Behandlungsschritte, die keine Spülschritte darstellen.
Für ein effektives Ablösen von Tauchlackrückständen von den Fördergestellen innerhalb einer Prozessfolge umfassend eine kathodische Elektrotauchlackierung ist es erfindungsgemäß erforderlich, dass das wässrige Mittel in der Vorreinigung einen Gesamtsäuregehalt von mindestens 3 Punkten aufweist.
In bevorzugten Ausführungsformen ist zur Bereitstellung von Mitteln zur Vorreinigung mit besserer Reinigungsleistung für kathodische Tauchlackrückstände eine höhere Azidität bevorzugt, so dass der Gesamtsäuregehalt des sauren wässrigen Mittels der Vorreinigung vorzugsweise mindestens 5 Punkte, besonders bevorzugt mindestens 10 Punkte und insbesondere bevorzugt mindestens 20 Punkte beträgt. Dementsprechend ist ein pH-Wert des wässrigen Mittels in der Vorreinigung von kleiner als 5,5 bevorzugt, besonders bevorzugt ein pH-Wert von kleiner als 5,0 und insbesondere bevorzugt ein pH-Wert von kleiner als 4,5. Die Rostbildung auf den metallischen Bauteilen wird in Gegenwart der Phosphorsäure zwar weitestgehend unterdrückt, jedoch ist bevorzugt, dass der pH-Wert des wässrigen Mittels in der Vorreinigung nicht kleiner als 2,0, besonders bevorzugt nicht kleiner als 2,5 ist. Sollte ein pH-Wert des wässrigen Mittels von weniger als 2,5 für die effektive Entfernung von Tauchlackrückständen auf den Fördergestellen erforderlich sein, so ist es daher vorteilhaft, wenn dem Fachmann bekannte Korrosionsinhibitoren additiviert werden.
Zur Aufrechterhaltung einer guten Abtrennleistung bezüglich der Tauchlackrückstände von den Fördergestellen hat sich eine gewisse Pufferkapazität in der Vorreinigung als vorteilhaft erwiesen, so dass in Verfahren mit kathodischer Elektrotauchlackierung vorzugsweise solche Säuren zur Einstellung der Gesamtsäure des wässrigen Mittels in der Vorreinigung herangezogen werden, deren pKs-Wert oberhalb von 2,5, jedoch unterhalb von 5,5 liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform trägt der Anteil an Säuren mit einem pKs-Wert im bevorzugten Bereich von 2,5 - 5,5 mindestens zu 80% zum Gesamtsäuregehalt bei. Geeignete Vertreter derartiger Säuren sind Phosphorsäure, die ohnehin obligat ist, aber zusätzlich auch Phosphorsäureester, organische Diphosphonsäuren, α-Hydroxycarbonsäuren und Mono- und Dicarbonsäuren, wie bspw. Gluconsäure, Essigsäure, Zitronensäure oder Weinsäure. Geeignete Säuren, deren pKs-Wert nicht oberhalb von 2,5 liegt, und die zur Einstellung der Gesamtsäure des wässrigen Mittels der Vorreinigung mit eingesetzt werden können, sind Salpetersäure, Schwefelsäure, Ethylendiamintetraessigsäure, Etidronsäure und Amidosulfonsäure.
Allgemein gilt, dass es zur Sicherstellung der Performanz nachgelagerter Behandlungsstufen aufgrund der unvermeidlichen Überschleppung von Aktivkomponenten aus vorgelagerten Behandlungsstufen vorteilhaft ist, wenn die Art der in der Vorreinigung eigesetzten Säure oder deren Salze zugleich eine Aktivkomponente der nachgelagerten nasschemischen Behandlungsstufe darstellen. Dies ist auch verfahrenstechnisch zur Nachschärfung von in nachgelagerten Behandlungsstufen bereits abgereicherten Aktivkomponenten vorteilhaft. Handelt es sich beispielsweise in Verfahren mit kathodischer Elektrotauchlackierung in der der Vorreinigung nachgelagerten Passivierung um eine Phosphatierung oder folgt der Vorreinigung in solchen Verfahren eine Reinigung/Entfettung enthaltend Phosphate als Builder-Substanzen ist die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Gesamtsäure im wässrigen Mittel der Vorreinigung auf Basis der erfindungsgemäß bereits enthaltenen Phosphorsäure stets vorteilhaft, so dass in einer bevorzugten Ausführungsform der Anteil an Phosphorsäure im sauren wässrigen Mittel der Vorreinigung zumindest 60%, besonders bevorzugt zumindest 80%, bezogen auf die Gesamtsäure in Punkten beträgt.
Für die Vorreinigung im erfindungsgemäßen Verfahren basierend auf einem sauren wässrigen Mittel enthaltend Phosphorsäure ist allgemein und zur Einstellung eines optimalen Gesamtsäuregehaltes bevorzugt, wenn der Gesamtphosphatgehalt mindestens 3 g/kg, besonders bevorzugt mindestens 5 g/kg, insbesondere bevorzugt mindestens 10 g/kg, ganz besonders bevorzugt mindestens 20 g/kg, jedoch vorzugsweise weniger als 50 g/kg jeweils berechnet als PO₄ und bezogen auf das saure wässrige Mittel der Vorreinigung beträgt.
Ein Additivieren des wässrigen Mittels der Vorreinigung mit oberflächenaktiven Verbindungen kann für die Unterstützung der Entfernung von Elektrotauchlackrückständen zuträglich sein und ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung optional. Bevorzugte oberflächenaktive Substanzen sind organische Tenside, besonders bevorzugt nicht-ionische organische Tenside. Als besonderes geeignete Vertreter nicht-ionischer organischer Tenisde mit hoher Kompatibilität zu einer der Vorreinigung nachfolgenden alkalischen Reinigung/Entfettung sind ethoxylierte und/oder propoxylierte C8-C12, vorzugsweise C8-C10, Fettalkohole mit einem Ethoxylierungsgrad von 5-11 und einem Propoyxlierungsgrad von 1-7 anzuführen, die jeweils zumindest teilweise mit C1-C4 Monoalkoholen endgruppenverschlossen vorliegen können.
Da die Vorreinigung der Transportpaare bestehend aus Fördergestell und zu beschichtendem Bauteil im erfindungsgemäßen Verfahren lediglich der Abtrennung von auf den Fördergestellen anhaftenden Tauchlackrückständen und damit der Verhinderung der Ausbildung von Verkrustungen auf selbigen dient, besteht regelmäßig kein Bedarf eines weitergehenden Additivierens zum in der Vorreinigung eingesetzten wässrigen Mittel, bspw. zum Zwecke einer chemischen Konditionierung der Oberflächen der zu beschichtenden Bauteile. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das wässrige Mittel in der Vorreinigung daher insgesamt weniger als 10 g/kg, besonders bevorzugt weniger als 1 g/kg an organischen Verbindungen und weiterhin bevorzugt weniger als 0,1 g/kg, besonders bevorzugt weniger als 0,01 g/kg an dispergierten Phosphaten berechnet als PO₄. Ganz besonders bevorzugt enthält das wässrige Mittel in der Vorreinigung sowohl insgesamt weniger als 0,1 g/kg, vorzugsweise weniger als 0,01 g/kg, an dispergierten Phosphaten als auch insgesamt weniger als 10 g/kg, vorzugsweise weniger als 1 g/kg, an anderen gelösten Verbindungen, die im Falle der Vorreinigung im erfindungsgemäßen Verfahren keine Säure mit einem pKs-Wert oberhalb von 2,5 und unterhalb von 5,5 darstellen.
Die Vorreinigung zumindest des Teils eines jeden Fördergestells, der mit der kathodischen Elektrotauchlackierung in Kontakt gebracht wurde, und vorzugsweise auch des vom Fördergestell aufgenommenen korrosionsschützend zu beschichtenden Bauteils, erfolgt vorzugsweise mittels Eintauchen, Beschwallen und/oder Aufsprühen, letzteres vorzugsweise mit einem Sprühdruck von mindestens 2 bar. Die Temperatur des sauren wässrigen Mittels während der Applikation in der Vorreinigung liegt vorzugsweise im Bereich von 40 bis 60 °C. Die Kontaktzeit schwankt dabei applikations- und anlagenbedingt, liegt aber vorzugsweise zwischen 5 und 60 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 Sekunden.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren dient zur Vorbereitung einer guten Benetzung der Fördergestelle mit dem sauren wässrigen Mittel der Vorreinigung und zur besseren Entfernung der Elektrotauchlackrückstände das In-Kontakt-Bringen mit einem wässrigen Benetzungsmittel enthaltend mindestens einen wasserlöslichen Alkohol, vorzugsweise ausgewählt aus 1,2-Propandiol, Ethylenglykol, Glycerin, 1,4-Butandiol und/oder mindestens einen wasserlöslichen Glykolether, vorzugsweise einen Mono-Alkylether mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen von Di- oder Tripropylen(ethylen)glykol, wobei zumindest der Teil des Fördergestells, der in der Vorreinigung mit dem sauren wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird, nach der Elektrotauchlackierung, jedoch vor der Vorreinigung, vorzugsweise auch bevor das Fördergestell das korrosionsschützend zu beschichtende Bauteil aufnimmt, mit dem wässrigen Benetzungsmittel in Kontakt gebracht wird. Ein Alkohol oder Glykolether ist in diesem Zusammenhang wasserlöslich im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn in einem Kilogramm entionisiertem Wasser mit einer Leitfähigkeit von nicht mehr als 1 µScm^-1 bei einer Temperatur von 20 °C mindestens 10 g des Alkohols bzw. des Glykolethers in homogener Phase gelöst werden. Das In-Kontakt-Bringen mit dem wässrigen Benetzungsmittel erfolgt dabei vorzugsweise für mindestens 5 Sekunden, besonders bevorzugt für mindestens 10 Sekunden, jedoch vorzugsweise nicht länger als 60 Sekunden.
Eine Passivierung im Sinne der vorliegenden Erfindung kennzeichnet mindestens eine nasschemische Behandlungsstufe, in deren Verlauf ein im Wesentlichen anorganischer Überzug auf zumindest einer Oberfläche eines metallischen Materials des korrosionsschützend zu beschichtenden Bauteils in einer Schichtauflage von zumindest 10 mg/m² erzeugt wird. Eine Passivierung ist dann im Wesentlichen anorganisch, wenn das flächenbezogenen Verhältnis von TOC-Gehalt zu Schichtauflage jeweils in Milligramm pro Quadratmeter kleiner als 0,2 ist, wobei der TOC-Gehalt differenzgravimetrisch nach Pyrolyse einer getrockneten Passivierung in Stickstoffatmosphäre bei einer Peak-Metal-Temperatur von 600 °C bestimmt wird. In besonderen Ausführungsformen erfolgt die Passivierung auf Basis saurer wässriger Behandlungslösungen, die gelöste Phosphate und/oder wasserlösliche Verbindungen der Elemente Zr, Ti und/oder Si enthalten, ganz besonders bevorzugt auf einer Phosphatierung, insbesondere einer Zinkphosphatierung, die üblicherweise mittels saurer wässriger Lösungen enthaltend 0,3-3 g/kg an Zink-Ionen und 5-50 g/kg an Phosphat-Ionen aufgebracht wird und bevorzugt Schichtgewichte im Bereich von 0,5-4 g/m² berechnet als PO₄ liefert. Eine Zinkphosphatierung umfasst üblicherweise mehrere nasschemische Behandlungsstufen, da regelmäßig eine Aktivierung der Metalloberflächen vor der eigentlichen Zinkphosphatierung also Konversionsschichtbildung erforderlich ist, die vorzugsweise mit alkalischen eingestellten und Phosphat-Partikel enthaltenden Dispersionen durchgeführt wird. Gerade für Passivierungen auf Basis gelöster Phosphate wird im erfindungsgemäßen Verfahren sichergestellt, dass eine zusätzliche Überschleppung von Phosphat-Ionen aus der Passivierung in die Elektrotauchlackierung über Lackanhaftungen auf den Fördergestellen verhindert wird, so dass eine Destabilisierung der Tauchlackierung durch erhöhten Phosphat-Eintrag in erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu befürchten ist. Die Aufnahme von gelöstem Phosphat durch Lackrückstände auf den Fördergestellen aus der Behandlungsstufe der Passivierung und deren Überschleppung in die Elektrotauchlackierung wird besonders in Verfahren mit kathodischer Elektrotauchlackierung gefördert, was möglicherweise mit dem positiven Zeta-Potential der Harz-Partikel bzw. der positiven Ladungsdichte im Polymer des Bindemittels von kathodischen Tauchlacken zusammenhängt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung betrifft das erfindungsgemäße Verfahren daher die korrosionsschützende Beschichtung von metallischen Bauteilen in Serie umfassend zumindest eine Reinigung/Entfettung, eine Zinkphosphatierung und eine kathodische Elektrotauchlackierung jeweils als nasschemische Behandlungsstufen, wobei die Behandlungsstufe der der Reinigung/Entfettung stets derjenigen der Zinkphosphatierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung vorausgeht und auf Basis einer wässrigen Reinigungslösung erfolgt, deren pH-Wert oberhalb von 6 liegt, und wobei die Behandlungsstufe der kathodischen Elektrotauchlackierung stets derjenigen der Zinkphosphatierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung nachfolgt, bei dem jedes vorzubehandelnde Bauteil der Serie von einem Fördergestell aufgenommen, sodann das Transportpaar bestehend aus Bauteil und Fördergestell durch die nasschemischen Behandlungsstufen entsprechend der Prozessfolge geführt und das Transportpaar erst nach der letzten Behandlungsstufe voneinander getrennt und ein korrosionsschützend beschichtetes Bauteil ausgeschleust wird, und anschließend das auf diese Weise freigegebene Fördergestell ein nächstes Bauteil der Serie aufnimmt, um die Prozessfolge zum Zwecke der korrosionsschützenden Beschichtung desselben erneut zu durchlaufen, wobei das Fördergestell die Prozessfolge so oft durchläuft, wie es erforderlich ist, die Serie der Bauteile korrosionsschützend zu beschichten, wobei zumindest der Teil eines jeden Fördergestelles, der in der kathodischen Elektrotauchlackierung mit dem Tauchlack in Kontakt gebracht wird, nach der letzten Behandlungsstufe und nach der Aufnahme eines nächsten vorzubehandelnden Bauteils, jedoch vor der Behandlungsstufe der Zinkphosphatierung, in einer Vorreinigung mit einem sauren wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird, das einen Gesamtsäuregehalt von mindestens 3 Punkten sowie Phosphorsäure und vorzugsweise einen pH-Wert von nicht kleiner als 2,5 aufweist.
Allgemein ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass die der Vorreinigung und der Passivierung jeweils nachfolgende Behandlungsstufe, dieser unmittelbar, d.h. mit oder ohne dazwischenliegenden Spülschritt, jedoch ohne Trocknungsschritt, nachfolgt. Unmittelbar bedeutet in diesem Zusammenhang ohne einen oder mehrere dazwischenliegende nasschemische Behandlungsschritte, die keine Spülschritte darstellen. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die Durchführung eines "Spülschrittes" verwiesen wird, so ist damit stets ein Vorgang bezeichnet, der allein dazu bestimmt ist, einen aus einem unmittelbar vorausgegangenem nasschemischen Behandlungsschritt, auf dem Bauteil anhaftenden Nassfilm von der Oberfläche des Bauteils zu entfernen und auf diese Weise zu unterbinden, dass eine Überschleppung von Komponenten aus nasschemischen Behandlungsschritten in jeweils nachfolgende stattfindet. Ein "Trocknungsschritt" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet hingegen einen Vorgang, bei dem die einen Nassfilm aufweisenden Oberflächen des metallischen Bauteils unter Zuhilfenahme technischer Maßnahmen getrocknet werden sollen, bspw. Zuführung thermischer Energie oder Überleiten eines Luftstromes.
Außerdem ist es üblich und daher bevorzugt, wenn sich im erfindungsgemäßen Verfahren der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Vorbehandlung von Bauteilen in Serie das Einbrennen des Elektrotauchlackes zur Ausbildung einer ausgehärteten Lackierung anschließt, wobei vorzugsweise wiederum Fördergestelle, die jedoch keine solchen Fördergestelle sind, die der Prozessfolge der korrosionsschützenden Vorbehandlung zugehören, die vorbehandelten Bauteile aufnehmen und in die Einbrennstufe und ggf. nachfolgende Stufen zur weiteren Beschichtung überführen.

Claims

Verfahren zur korrosionsschützenden Beschichtung von metallischen Bauteilen in Serie umfassend zumindest eine Reinigung/Entfettung, eine Passivierung und eine kathodische Elektrotauchlackierung jeweils als nasschemische Behandlungsstufen, wobei die Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung stets derjenigen der Passivierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung vorausgeht und auf Basis einer wässrigen Reinigungslösung erfolgt, deren pH-Wert oberhalb von 6 liegt, und wobei die Behandlungsstufe der kathodischen Elektrotauchlackierung stets derjenigen der Passivierung in der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung nachfolgt, bei dem jedes vorzubehandelnde Bauteil der Serie von einem Fördergestell aufgenommen, sodann das Transportpaar bestehend aus Bauteil und Fördergestell durch die nasschemischen Behandlungsstufen entsprechend der Prozessfolge geführt und das Transportpaar erst nach der letzten Behandlungsstufe voneinander getrennt und ein korrosionsschützend beschichtetes Bauteil ausgeschleust wird, und anschließend das auf diese Weise freigegebene Fördergestell ein nächstes Bauteil der Serie aufnimmt, um die Prozessfolge zum Zwecke der korrosionsschützenden Beschichtung desselben erneut zu durchlaufen, wobei das Fördergestell die Prozessfolge so oft durchläuft, wie es erforderlich ist, die Serie der Bauteile korrosionsschützend zu beschichten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teil eines jeden Fördergestelles, der in der kathodischen Elektrotauchlackierung mit dem Tauchlack in Kontakt gebracht wird, nach der letzten Behandlungsstufe und nach der Aufnahme eines nächsten vorzubehandelnden Bauteils, jedoch vor der Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung, in einer Vorreinigung mit einem wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird, das einen Gesamtsäuregehalt von mindestens 3 Punkten aufweist und Phosphorsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodische Elektrotauchlackierung auf einen Tauchlack enthaltend ein Epoxid-Harz als Bindemittel, das wiederum vorzugsweise ausgewählt ist aus Amin-modifizierten Polyepoxiden, basiert und der vorzugsweise zusätzlich blockierte und/oder unblockierte Isocyanat-Gruppen enthaltende organische Verbindungen als Härter und besonders bevorzugt zusätzlich zumindest eine wasserlösliche Verbindung des Elements Bismut und/oder des Elements Yttrium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des wässrigen Mittels der Vorreinigung kleiner als 5,5, bevorzugt kleiner als 5,0, besonders bevorzugt kleiner als 4,5 ist, jedoch vorzugsweise einen pH-Wert von 2,5 nicht unterschreitet.
Verfahren nach einem oder beiden der vorherigen Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtsäuregehalt des wässrigen Mittels der Vorreinigung mindestens 5 Punkte, vorzugsweise zumindest 10 Punkte, besonders bevorzugt mindestens 20 Punkte beträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige Mittel der Vorreinigung einen Gesamtphosphatgehalt von mindestens 3 g/kg, vorzugsweise von mindestens 5 g/kg, besonders bevorzugt von mindestens 10 g/kg, insbesondere bevorzugt von mindestens 20 g/kg, jedoch vorzugsweise von weniger als 50 g/kg jeweils berechnet als PO₄ und bezogen auf das wässrige Mittel aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige Mittel der Vorreinigung zusätzlich oberflächenaktive Substanzen enthält, vorzugsweise Tenside, besonders bevorzugt nicht-ionische Tenside, die wiederum vorzugsweise ausgewählt sind aus ethoxylierten und/oder propoxylierten C8-C12 Fettalkoholen mit einem Ethoxylierungsgrad von 5-11 und einem Propoyxlierungsgrad von 1-7.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teil eines jedes Fördergestells, der mit der kathodischen Elektrotauchlackierung in Kontakt gebracht wurde, und vorzugsweise auch das vom Fördergestell aufgenommene korrosionsschützend zu beschichtende Bauteil, in der Behandlungsstufe der Vorreinigung mittels Eintauchen, Beschwallen und/oder Aufsprühen, letzteres vorzugsweise mit einem Sprühdruck von mindestens 2 bar, mit dem wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen mit dem wässrigen Mittel in der Vorreinigung bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Fördergestells, der in der Vorreinigung mit dem wässrigen Mittel in Kontakt gebracht wird, nach der kathodischen Elektrotauchlackierung, jedoch vor der Vorreinigung, und vorzugsweise auch bevor das Fördergestell das korrosionsschützend zu beschichtende Bauteils aufnimmt, mit einem wässrigen Benetzungsmittel enthaltend mindestens einen wasserlöslichen Alkohol, vorzugsweise ausgewählt aus 1,2-Propandiol, Ethylenglykol, Glycerin, 1,4-Butandiol und/oder mindestens einen wasserlöslichen Glykolether, vorzugsweise einen Mono-Alkylether mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen von Di- oder Tripropylen(ethylen)glykol, in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen mit dem Benetzungsmittel für mindestens 5 Sekunden, vorzugsweise für mindestens 10 Sekunden. jedoch vorzugsweise nicht länger als 60 Sekunden erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Vorreinigung und der Passivierung jeweils nachfolgende Behandlungsstufe, dieser ohne Trocknungsschritt und ohne einen oder mehrere dazwischenliegende nasschemische Behandlungsschritte, die keine Spülschritte darstellen, nachfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung derjenigen der Vorreinigung ohne dazwischenliegenden Spülschritt und ohne Trocknungsschritt unmittelbar nachfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierung auf Basis einer gelöste Phosphate enthaltenden sauren wässrigen Behandlungslösung, bevorzugt einer Phosphatierung, insbesondere bevorzugt einer Zinkphosphatierung erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstufe der Reinigung/Entfettung auf Basis einer alkalischen wässrigen Reinigungslösung erfolgt, deren pH Wert vorzugsweise oberhalb von 8, besonders bevorzugt oberhalb von 10 liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Prozessfolge zur korrosionsschützenden Beschichtung von Bauteilen in Serie das Einbrennen des kathodischen Elektrotauchlackes zur Ausbildung einer ausgehärteten Lackierung anschließt, wobei vorzugsweise wiederum Fördergestelle, die jedoch keine solchen Fördergestelle sind, die der Prozessfolge der korrosionsschützenden Beschichtung zugehören, die beschichteten Bauteile aufnehmen und in die Einbrennstufe und ggf. nachfolgende Stufen zur weiteren Beschichtung überführen.