Verfahren zur Beschichtung von Apparaten und Apparateteilen für den chemischen Anlagenbau

Abstract

 Zur Beschichtung von Apparaten und Apparateteilen aus Metallen, insbesondere Edelstählen werden die zu schützenden Oberflächen vorbehandelt und auf diese eine Nickelschicht und/oder Nickel-Polymer-Dispersionsschicht durch stromloses Abscheiden mit Hilfe eines Galvanisierbades aufgebracht. Für eine stabile und dauerhafte Verbindung der Schichten mit den Apparaten bzw. Apparateteilen werden die Oberflächen durch einen auf 40°C bis 85°C erwärmten Aktivator aus Salz- oder Flusssäure, Schwefelsäure, Eisen(III)chlorid (sublimiert), Nickelchlorid, Zitronensäure und Wasser dekapiert, der Aktivator mittels eines inertern Mediums entfernt und unmittelbar die Beschichtung(en) aufgebracht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von aus Metallen, insbesondere Edelstählen bestehenden Apparaten und Apparateteilen für den chemischen Anlagenbau, bei dem die zu beschichtenden Oberflächen vorbehandelt und anschließend mit wenigstens einer Schicht aus einer Ni-P-Legierung durch stromloses Abscheiden mit Hilfe eines Galvanisierbades überzogen werden.

[0002] Ein solches Verfahren ist aus DE-A 100 16 215 bekannt. Auf den zu schützenden Oberflächen werden dabei zunächst Erhebungen ausgebildet. Dies erfolgt dadurch, dass dem Galvanisierbad anorganische Partikel aus Oxiden, Silikaten, Carbonaten, Carbiden oder Nitriden zugesetzt oder die Oberflächen durch Anätzen, Prägen oder Strahlen strukturiert werden. Die Beschichtung wird durch chemische oder autokatalytische Abscheidung aufgebracht, indem die Apparate mit Metall-Elektrolytlösung befüllt oder Apparateteile in Tauchbäder getaucht werden, die die Metall-Elektrolytlösung enthalten. Als Metall-Elektrolytlösung wird vorzugsweise eine Nickel-Phosphor-Legierung verwendet. Diese kann, insbesondere für eine aus zwei Schichten bestehenden Überzug ein halogeniertes Polymer enthalten. Zur Haftverbesserung wird dabei auf den Oberflächen zunächst eine Metall-Schicht abgeschieden und anschließend auf diese eine Metall-Polymer-Dispersionsschicht aufgebracht.

[0003] Die Oberflächen derart beschichteter Apparate und Apparateteile zeichnen sich durch hohe mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion aus. Es hat sich indes gezeigt, dass bei galvanischen Überzügen auf Apparaten und Apparateteilen aus Edelstählen, wie sie häufig im chemischen Anlagenbau eingesetzt werden, Haftungsprobleme auftreten, die dann zu einem Ablösen der Beschichtung führen können. Ursächlich hierfür ist die Entstehung von Oxyd- und Anlaufschichten vor der eigentlichen Beschichtung, die besonders bei atmosphärisch offenen Systemen praktisch nicht zu vermeiden ist.

[0004] Mit der Erfindung soll ein Verfahren zur Beschichtung von Apparaten und Apparateteilen aus Metallen, insbesondere Edelstählen, geschaffen werden, welches auch auf solchen Werkstoffen die Ausbildung eines stabilen und dauerhaften Oberflächenschutzes gewährleistet. Als Besonderheit ist zusätzlich gefordert, dass komplexe Innengeometrien von Apparaten aus Edelstählen mit einem korrosionsvermindernden Überzug versehen werden können.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kennzeichnen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0006] Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.

[0007] Der Erfindung liegt ein Verfahren zur stromlosen chemischen Abscheidung von Metall-Polymer-Dispersionsschichten zugrunde, das an sich bekannt ist (W. Riedel: Funktionelle Vemickelung, Verlag Eugen Leize, Saulgau, 1989, S. 231 bis 236, ISBN 3-750480-044-x). Die Abscheidung der Metallschicht oder der Metall-Polymer-Dispersionsphasen dient zur Beschichtung der an sich bekannten Apparate und Apparateteile des chemischen Anlagenbaus. Da die Schichten nur auf einer sauberen Oberfläche gut haften, müssen alle Werkstoffe vor dem Galvanisieren einer Vorbehandlung unterworfen werden.

[0008] Es wurde nun gefunden, dass für einen verbesserten Haftungserfolg die Vorbehandlung der Oberflächen von Apparaten und Apparateteilen aus Edelstählen mit Hilfe eines Aktivators aus einem Gemisch aus

10 bis 300 ml Salz- oder Flusssäure,

1 bis 5 ml Schwefelsäure,

1 bis 2 gr Eisen(III)chrlorid (sublimiert),

6 bis 12 gr Nickelchlorid,

10 bis 20 ml Zitronensäure und

Wasser,

jeweils bezogen auf 1 Liter des Aktivators, besonders wirksam ist. Insbesondere wenn der Aktivator auf eine Temperatur von 40°C bis 85°C erwärmt ist, lassen sich die Edelstahloberflächen sehr rasch und gründlich dekapieren. Der Aktivator wird anschließend mittels eines inerten Mediums, vorzugsweise mittels Stickstoff oder einer Metall-Elektrolytlösung entfernt. Die zu schützenden Oberflächen können dann unmittelbar beschichtet werden.

[0009] Für die Beschichtung werden sogenannte Chemisch-Nickel-Systeme verwendet, das sind phosphorhaltige Nickellegierungen mit einem Phosphorgehalt von etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-%. Die Schichten werden durch chemische oder autokatalytische Abscheidung auf die zu schützenden Oberflächen aufgebracht, wobei die dazu nötigen Elektronen nicht durch eine äußere Stromquelle zur Verfügung gestellt, sondern durch chemische Umsetzung im Elektrolyten selbst erzeugt werden.

[0010] Es werden zweckmäßig handelsübliche Nickelelektrolytlösungen eingesetzt, die Ni²+, Natriumhypophosphit, Carbonsäuren und Fluorid und ggf. Abscheidungsmodertoren wie Pb²⁺ enthalten. Solche Lösungen werden zum Beispiel von der Riedel, Galvan- und Filtertechnik GmbH, Halle, Westfalen und der Atotech Deutschland GmbH, Berlin, vertrieben. Besonders bevorzugt sind Lösungen, die einen pH-Wert um 5 aufweisen und etwa 27 g/l NiSo₄^·6 H₂O und etwa 21 g/l NaH₂PO₂^·H₂O bei einem PFA-Gehalt von 1 bis 25 g/l enthalten.

[0011] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird auf die vorbehandelten Oberflächen der Apparate oder Apparateteile eine Schicht aus einer Nl-P-Legierung, die Partikel eines halogenierten Polymers enthält, aufgebracht.

[0012] Das optional zu verwendende Polymer ist bevorzugt fluoriert. Beispiele für geeignete fluorierte Polymere sind Polytetrafluorethylen, Perfluor-Alkoxy-Polymere (PFA, z.B. mit C₁-C₈-Alkoxyeinheiten), Copolymerisate von Tetrafluorethylen und Perfluoralkylvinylether z.B. Perfluorvinylprpylether. Besonders bevorzugt sind Polytetrafluorethylen (PTFE) und Perfluor-Alkoxy-Polymere (PFA, nach DIN 7728, Teil 1, Jan. 1988).

[0013] Der Polymeranteil der Beschichtung wird hauptsächlich durch die Menge der zugesetzten Polymerdispersion und die Wahl der Detergentien beeinflusst. Dabei spielt die Konzentration des Polymers die größere Rolle; hohe Polymerkonzentrationen der Tauchbäder führen zu einem überproportional hohen Polymeranteil in der Nickel-Phosphor-Polymer-Dispersionsschicht.

[0014] Zur Kontaktierung werden die zu beschichtenden Teile in Tauchbäder getaucht, die die Nickel-Elektrolytlösung enthalten. Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass die zu beschichtenden Behälter mit Nickel-Elektrolytlösung befüllt werden. Ein weiteres geeignetes Verfahren besteht darin, die Elektrolyt-Lösung durch das zu beschichtende Teil zu pumpen. Diese Variante ist in der Figur 1, die das Beschichten eines Wärmetauschers zeigt, schematisch dargestellt.

[0015] Der Wärmetauscher ist mit (1) bezeichnet. Er besitzt Anschlüsse (2) und (3) für den Zu- und Ablauf eines Heizmediums. Die für die Vorbehandlung und Beschichtung der Oberflächen des Wärmetauschers erforderlichen Mittel sind in den Vorratsbehältern (4), (5), (6) und (7) enthalten, wobei beispielsweise in (4) ein Beizmittel, in (5) ein Tensidreiniger, in (6) der erfindungsgemäße Aktivator und in (7) die Nickel-Elektrolytlösung bevorratet sein kann. Diese Mittel werden nacheinander mit Hilfe einer Pumpe (8) durch den Wärmetauscher gefördert und über den Rücklauf (9) wieder in die Vorratsbehälter zurückgeführt. Nach Abschluss der Vorbehandlung wird der Aktivator mittels Stickstoff aus dem Wärmetauscher entfernt. Hierzu ist ein Anschluss (10) vorgesehen.

[0016] Vorzugsweise tempert man im Anschluss an den Beschichtungsvorgang bei Temperaturen von 200 bis 400°C, vor allem bei 315 bis 380°C. Die Temperungsdauer beträgt im allgemeinen 5 Minuten bis 3 Stunden, bevorzugt 35 bis 60 Minuten.

[0017] Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße behandelten Oberflächen einen guten Wärmedurchgang ermöglichen, obwohl die Beschichtungen eine nicht unerhebliche Dicke von 1 bis 100 µm. Der Polymeranteil der Dispersionsbeschichtung beträgt 5 bis 30 Vol.-%. Die Oberflächen weisen ferner eine exzellente Haltbarkeit auf.

[0018] In einer weiteren Ausführungsform enthält die Nickel-Polymer-Dispersionsschicht ein zusätzliches Polymer, um die antihaftenden Eigenschaften der Beschichtung weiter zu verstärken. Dieses Polymer kann halogeniert oder nicht-halogeniert sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Polytetrafluorethylen oder Ethylenpolymerisaten und Ethylencopolymerisaten. Dieses optional verwendete Polymer gibt man ebenfalls als Dispersion oder Aufschlämmung in einer wässrigen Tensidlösung zu, wobei die Reihenfolge der Zugabe der Dispersionen unkritisch ist. Wichtig ist, dass die Partikel des weiteren, halogenierten oder nicht-halogenierten Polymers gröber sind als die des halogenierten Polymers. So haben sich mittlere Partikeldurchmesser von 5 bis 50 µm als vorteilhaft herausgestellt. Schließlich kann auf diesen Schichtaufbau eine weitere Deckschicht aus einem Perfluor-Alkoxy -Polymeren (PFA) durch Tauchen, Spritzen oder elektrostatisches Pulverbeschichten aufgebracht werden. Eine solche Beschichtung zeigt Figur 2.

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich aufgrund seiner einfachen Handhabung an allen von Ablagerungen bedrohten Oberflächen von Apparaten und Apparateteilen für den chemischen Anlagenbau, insbesondere Apparaten und Apparateteilen aus Metallen, besonders bevorzugt aus Edelstählen anwenden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Beschichtung von aus Metallen, insbesondere Edelstählen bestehenden Apparaten und Apparateteilen für den chemischen Anlagenbau, bei dem die zu beschichtenden Oberflächen vorbehandelt und anschließend mit wenigstens einer Schicht aus einer Ni-P-Legierung durch stromloses Abscheiden mit Hilfe eines Galvanisierbades überzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen durch einen auf 40°C bis 85°C erwärmten Aktivator aus einem Gemisch aus (bezogen auf 1 Liter Aktivator)

10 bis 300 ml Salz- oder Flusssäure,

1 bis 5 ml Schwefelsäure,

1 bis 2 gr Eisen(III)chrlorid (sublimiert),

6 bis 12 gr Nickelchlorid,

10 bis 20 ml Zitronensäure und

Wasser

    dekapiert werden, der Aktivator mittels eines inerten Mediums entfernt wird und die Oberflächen unmittelbar beschichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator mittels Stickstoff oder einer Metall-Elektrolytlösung entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die vorbehandelten Oberflächen eine Schicht aus einer Ni-P-Legierung, die Partikel eines halogenierten Polymers enthält, aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Deckschicht aus Perfluor-Alkoxy-Polymeren (PFA) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht durch Tauchen, Spritzen oder elektrostatisches Pulverbeschichten hergestellt wird.

Zeichnung