Gut geschützt

Dr. Norbert Krollmann

In der chemischen Produktion verbessern funktionale Beschichtungen in vielen Fällen den Anlagenbetrieb, sie gewährleisten Schutz gegen Verschleiß, Fouling, Produktanbackungen und Korrosion. Ihre Vorteile sind längere Betriebszeiten und geringere Wartungskosten, und manchmal sorgt erst die richtige Beschichtung für die ideale Umsetzung eines Prozesses. BASF-Beschichtungen haben sich beispielsweise in Rohrleitungen, Behältern, Rührern, Pumpen, Platten- und Rohrbündelwärmeaustauschern bewährt.

Beim Chemisch-Nickel-Verfahren wird eine Nickel-Phosphor-Schicht (NiP) autokatalytisch aus einer wässrigen Nickelsulfatlösung durch Reduktion auf der Metalloberfläche abgeschieden. Die NiP-Schichten zeichnen sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit aus, da die Schichthärte von ca. 550 HV im Ausgangszustand durch einen Temperungsprozess auf bis zu 1100 HV gesteigert werden kann. Neben dem Verschleißschutz bieten die NiP-Beschichtungen je nach Einsatzbedingungen auch einen guten Korrosionsschutz. Sie haben sich in der Praxis zum Beispiel bei Rohrleitungen, Rüttelsieben, Abscheidklappen und Maschinenteilen bewährt, die bei der Förderung von glasfaserverstärktem Kunststoffgranulat eingesetzt werden. Die Standzeit der Anlage verlängerte sich von wenigen Wochen auf bis zu zwei Jahre.

Durch ein besonderes Vorbehandlungsverfahren, eine Entwicklung des Fachzentrums Oberflächentechnik, lassen sich Edelstahloberflächen chemisch aktivieren und einer direkten Beschichtung mit NiP zugänglich machen. Dadurch ist es möglich, auch die Innenflächen von Edelstahlrohren und komplexe Bauteilgeometrien chemisch zu vernickeln, ohne dass eine elektrolytische Vorvernickelung mit aufwändigem Anodenbau erforderlich ist.

Ein weiteres Verfahren ist die Beschichtung mit NiP-PFA. Das Eigenschaftsspektrum der Chemisch-Nickel-Beschichtung konnte durch Einlagerung von ca. 200 nm großen Perfluoralkoxy-Copolymer(PFA)-Partikeln mit einem Volumenanteil von 20 bis 25 % in die NiP-Matrix verbessert werden. Die NiP-PFA-Beschichtung wird ebenfalls autokatalytisch abgeschieden; dabei vereint NiP-PFA die guten Verschleißeigenschaften von Chemisch Nickel mit den exzellenten Antihaft- und Gleiteigenschaften von Fluorpolymeren. NiP-PFA kann wie NiP sowohl bei unlegiertem Stahl und Edelstahl als auch bei Aluminium und Buntmetallen angewendet werden. Im Spritzverfahren aufgebracht, eignet sich das Verfahren auch für die Beschichtung von Bauteilen mit schwer zugänglichen Hohlräumen, die nicht durch Tauchen oder Fluten beschichtet werden können. Die maximale Einsatztemperatur liegt bei 250 °C.

Das Besondere an der NiP-PFA-Beschichtung ist das breite Einsatzspektrum. Sie reduziert die Bildung von Belägen oder Verkrustungen an Anlagenteilen, wie sie durch Fouling oder kristallisierende Produkte verursacht werden. Zudem verringert NiP-PFA die Reibkräfte bei Relativbewegungen von Maschinenteilen wie Schiebern, Spindeln, Führungen und Antriebselementen; die Beschichtung übernimmt dann die Funktion von Schmiermitteln.

Wo früher schwerer Korrosionsschutz in Form von Hartgummiauskleidungen oder Email erforderlich war, eignen sich heutzutage fallweise Beschichtungen auf Basis von Fluorpolymeren, z. B. E-CTFE, FEP, MFA und PFA, als passiver Korrosionsschutz. So werden bei der BASF bereits Ein- und Auslaufwehre bei der Chlorelektrolyse, die bei 80 °C mit Quecksilber durchströmt werden, mit einem PFA-System beschichtet. Bei diesem Verfahren hat sich gezeigt, dass diese Beschichtung mit einer Standzeit von ca. fünf Jahren gegenüber Hartgummi einen wirtschaftlichen Vorteil von bis zu 20 % aufweist.

Dabei ist der optimale Korrosionsschutz abhängig von der Dicke und der Porenfreiheit der Beschichtung. Im Fachzentrum Oberflächentechnik werden Fluorpolymerbeschichtungen standardmäßig in Schichtdicken zwischen 500 und 1000 µm im EPS-Verfahren (elektrostatische Pulverbe-schichtung) appliziert; bei entsprechender Gestaltung des Bauteils sind auch 1200 µm möglich. Die Beschichtungen werden einer Hochspannungsprüfung mit einer Prüfspannung von mindestens 15 kV unterzogen, um Porenfreiheit gewährleisten zu können.

Selbst Glasbauteile lassen sich mit einer auf Fluorpolymerbasis (PFA, MFA, FEP) basierenden Beschichtung vor Korrosion schützen. Bei einer Schichtdicke von 500 µm können absolut transparente Schutzschichten, beispielsweise für korrosionsgefährdete Schaugläser, erzeugt werden. Zusätzlich helfen die Antihafteigenschaften dieser Beschichtungen Produktanbackungen an den Schaugläsern zu reduzieren.

Eine technologische Herausforderung stellt die Beschichtung von großvolumigen Bauteilen mit Fluorpolymeren dar. Abhängig von der konstruktiven Ausführung können im BASF-Fachzentrum zum Beispiel Behälter mit bis zu 3 m Durchmesser und 6 m Länge beschichtet werden. Aber auch für deutlich kleinere Abmessungen wurden besondere Applikationstechniken entwickelt. So können z. B. Rohre mit einem minimalen Durchmesser von 25 mm und einer Länge von max. 1500 mm im EPS-Verfahren mit Schichtdicken von 500 µm sicher beschichtet werden. Eine so ausgeführte E-CTFE-Beschichtung hat sich in Rohrleitungen für den wechselnden Betrieb mit konzentrierter Salz- und Schwefelsäure bis zu Temperaturen von 80 °C bewährt. Je nach Einsatzfall bietet diese Ausführung wirtschaftliche und/oder technische Vorteile gegenüber Kunststoff-, hochwertigen Edelstahl- oder emaillierten Rohrleitungen.

cav 425

Seminar „Funktionelle Beschichtungen – Metallische Werkstoffe“

Seminar „Funktionelle Beschichtungen – Kunststoffe“

GfKORR – Gesellschaft für Korrosionsschutz