Verfahren zum Beschichten von Eisen- und Stahluntergründen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Werkstücken aus Eisen und Stahl sowie nach einem solchen Verfahren beschichtete Gegenstände.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] Die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit einer Beschichtung von Eisen- und Stahlteilen, die im Außenbereich eingesetzt werden, steigt jedoch ständig.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] Außerdem sollte die Umweltverträglichkeit de Pulverbeschichtungsverfahren im Gegensatz zu belastenden Naßlackverfähren beibehalten werden, bei denen Ausgasungen und Lösungsmitteldämpfe entstehen.

[0009] Darüber hinaus fallen keine Lackschlämme an, die die Umwelt ebenfalls belasten und teuer als Sondermüll zu entsorgen sind.

[0010] 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..

[0011] Die gestellte Aufgabe wird durch ein dreischichtiges Auftragssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zusätzlich zu einer zinkpulverbaltigen Grundschicht auf Epoxidharzbasis und einer Deckschicht aus Polyester- oder Polyurethanpulver wird erfindungsgemäß zusätzlich zwischen diesen beiden Schichten eine Zwischenschicht aus reinem Epoxidharzpulver vorgesehen.

[0012] Für diese Zwischenschicht wird ein Epoxy-Pulver eingesetzt, welches zu einer Schicht mit hoher Porendichtheit führt. Es eignet sich hierzu beispielsweise der Proteetive 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] Die fertige Beschichtung hat vorzugsweise eine Gesamtdicke im Bereich von 100-700 µm.

Ansprüche

1. Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Werkstücken aus Eisen oder Stahl mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Herstellen einer metallisch möglichst reinen Oberfläche,

b) Aufbringen einer Grundschicht aus einer Mischung eines Zinkpulvers und eines thermisch aushärtbaren Epoxy-Pulvers und thermische Behandlung des Werkstückes zum Fixieren der Grundschicht,

c) Aufbringen einer Zwischenschicht eines thermisch aushärtbaren Epoxy-Pulvers und thermische Behandlung des Werkstückes zum Fixieren der Zwischenschicht, sowie

d) Aufbringen einer Deckschicht eines Pulvers aus thermisch aushärtbarem Beschichtungsmaterial, insbesondere auf der Basis von Polyester oder Polyurethan, und thermische Behandlung des Werkstückes zum Fixieren der Deckschicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke elektrostatisch mit dem jeweiligen Pulver beschichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der metallisch möglichst reinen Oberfläche mittels Sandstrahlen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sandstrahlen auf eine Rauhtiefe von 40-80 µm vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sandstrahlen nach SA3 (DIN 55928, Teil 4, Entrostung) mit scharfkantigem Korn erfolgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Grundschicht eine Mischung aus Zinkpulver und Epoxidharzpulver verwendet wird, die 60-85 Gew. -% Zinkpulver enthält.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht mit einer Enddicke von 30-200 µm erzeugt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Epoxidharz mit einer Enddicke von 30-200 µm erzeugt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht mit einer Enddicke von 45-300 µm erzeugt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Behandlungen des Werkstückes zum Fixieren der einzelnen Schichten bis zu 60 min bei 150-250°C erfolgen.