Met nieuwe ideeën op de oppervlakken los
Patrick Droniou, Jens Krömer, Arnulf Willers De auteurs zijn werkzaam bij Henkel KgaA, Düsseldorf
Denken in processen in plaats van producten staat bij de specialisten van Henkel Technologies op de voorgrond. Sedert meer dan 80 jaar overal ter wereld doende met chemische behandeling van metalen en metaalsubstituten, beschikken zij derhalve over een omvattende kennis- en ervaringsbasis. De door hun ontwikkelde methode begint bij corrosiebescherming voor bandstaal en voert tot aan het managementsysteem, dat de complete carrosserievoorbehandeling automatisch stuurt. Ook de trend naar licht bouwen wordt door uitgekiende methodes van voorbehandeling van moderne multimetaal- en aluminiumcarrosserieën ondersteund.
Organisch beklede dunne plaat voor carrosserieën
Overal ter wereld zijn automobielfabrikanten in de weer om de corrosiebescherming van hun modellen te optimaliseren, om met langere garanties tegen doorroesten de waarde van hun producten te verhogen. Europese automobielfabrikanten hebben hun garantie van 5 tot 6 jaar verhoogd tot 10 tot 12 jaar. Mercedes Benz geeft op zijn voertuigen zelfs 15 jaar garantie tegen doorroesten. Om
deze waarborg te verzekeren, wordt al in de staalfabriek een werkzame corrosiebescherming aangebracht. Henkel Technologies heeft een dergelijke organische voordeklaag van de nieuwste generatie onder de naam Granocoat® op de markt gebracht. De uitdaging voor de chemici bestond erin om een werkzame corrosiebeschermingslaag te ontwikkelen, die lasbaar is en het totale proces van automobielproductie doorloopt, zonder deze nadelig te beïnvloeden. Van bijzonder belang is de corrosiebescherming in de holle ruimtes en randen. Deze plaatsen zijn moeilijk te reinigen, voor te behandelen en te lakken, indien het werkstuk reeds is gevormd. Ontvangt de plaat al in bandvorm een organische voordeklaag, dan verhoogt dat de weerstand tegen corrosie aanzienlijk. Granocoat® houdt in vergelijking met onbehandelde substraten ongeveer vier keer zoveel doorgangen van de cyclische corrosiebeproeving volgens VDA vol, voordat er in de randen roest ontstaat. Bovendien kan bij toepassing van Granocoat® het gebruik van secundaire corrosiebeschermingsmaatregelen zoals dichtmiddelen of was worden verminderd en daarmee kan op proceskosten worden bespaard. De Granocoat®-laag wordt reeds in de staalfabriek tot een dikte van 2,5 tot 4,5 µm op de van te voren verzinkte plaat aangebracht en de coil wordt direct in de automobielindustrie verwerkt. Het technische gedrag bij bewerken, lassen, lijmen en elektro-dompellakken is onberispelijk en deels zelfs bijzonder voordelig. In totaal hebben de autofabrikanten dus niet alleen het voordeel dat ze uitgebreidere corrosiebeschermingsgaranties kunnen geven, maar tegelijkertijd kunnen ze hun productieproces rationaliseren en daarmee besparen op materiaal-, energie- en personeelskosten.
Chemische oppervlaktebehandeling van aluminium
Aluminiumionen vergiftigen fosfateerbaden, omdat al enkele mg/l ongebonden aluminium in het bad de vorming van een fosfaatlaag op de metaalondergrond onmogelijk maakt. Door toepassing van fluoriden in het fosfateerbad worden de aluminiumionen tot een complex gebonden en slaan neer. De neerslag van 10-15 g/m3 die aldus bij de fosfatering van aluminium ontstaat, is aanzienlijk hoger dan de 0,5-5 g/m3 die ontstaat bij staal en verzinkte ondergronden, tegelijkertijd is deze aluminiumhoudende neerslag hard van samenstelling en zet zich bij voorkeur af op horizontale vlakken. Bij spuit-fosfateerinstallaties met sterke badroering kunnen ondanks deze feiten multimetaal carrosserieën met een aluminiumbestanddeel van meer dan 30% bij aanhouden van bepaalde badparameters op conventionele wijze worden gefosfateerd. Een auto-firma gebruikt bijvoorbeeld de Henkel-kennis voor een spuit-fosfateerinstallatie, waar reserveonderdelen in een metaalmengsel met aluminiumbestanddelen van meer dan 75% worden voorbehandeld. Voor dompelfosfateren van multimetaal carrosserieën met aluminiumbestanddelen tot 60% ontwikkelden de specialisten van Henkel Technologies het innovatieve Two-Step proces, dat tot halvering van de neerslaghoeveelheid in het bad kan leiden, waardoor dure slijp- en nabewerking aan de gelakte carrosserie aanzienlijk kan worden verminderd. Tijdens de eerste stap van de voorbehandeling wordt op het staal en verzinkte ondergronden een conventionele zinkfosfaatlaag aangebracht, terwijl de aluminiumoppervlakken licht worden gebeitst maar geenszins laagvormend worden gefosfateerd. Tijdens de tweede stap wordt het aluminiumoppervlak door toepassing van een fluoridehoudende zircoonoplossing geconverteerd, terwijl het gefosfateerde staalplaat/verzinkt staal wordt gepassiveerd. Voor de voorbehandeling van volledig van aluminium gemaakte carrosserieën heeft Henkel Technologies een nieuwe conversiedek-laagmethode ontwikkeld, die zich onderscheidt door hoge milieuvriendelijkheid, omdat hij chroomvrij is en na de afvalwaterbehandeling slechts geringe hoeveelheden afvalstoffen bevat. Het materiaaloppervlak wordt hierbij met een conversiedeklaag bij voorkeur op basis van titaan- of zirkoonzouten en organische polymeren bekleed. De corrosiebeschermings- en lakhechtingseigenschappen van deze conversielagen zijn vergelijkbaar met die van een conventionele zinkfosfaatlaag.
Terugwinning van zware metalen bij de carrosserievoorbehandeling
Eliminering van de nikkelbelasting van het afvalwater van fosfateerinstallaties stelt de automobielfabrikanten voor een aanzienlijke milieu- en kostenopgave. Henkel Technologies heeft in samenwerking met een leidende autofabrikant het IonGard®-proces ontwikkeld, dat op een nieuw concept is gebaseerd: nikkel als belangrijkste bestanddeel in de tri-kationische fosfatering verder toepassen, maar tegelijkertijd de inleiding van nikkel-meesleping in het afvalwater uitsluiten. Een IonGard®-nanofiltratie-installatie scheidt in het spoelwater opgeloste ionen af, waardoor waardevolle zware metalen en fosfaat worden geconcentreerd en er een filtraat uit water en reststoffen wordt verkregen. Zowel het concentraat als ook het filtraat worden in de metaalkringloop van de voorbehandelingsinstallatie teruggevoerd. Het materiaalconcentraat wordt direct naar de fosfateerzone teruggeleid, terwijl het filtraat in de spoelbaden van de fosfatering wordt benut. De IonGard®-ionenwisselaartechnologie reduceert het nikkelgehalte in het afvalwater van de spoelbaden tot beneden de wettelijke grenswaarde van 0,5 mg/l. Er wordt een selectieve ionenwisselhars gebruikt. Het met nikkel en kleinere hoeveelheden zink en mangaan beladen hars wordt met fosforzuur geregenereerd. De sterk geconcentreerde nikkelfosfaatoplossingen worden na toevoeging van de ontbrekende fosfateerchemicaliën als suppletie weer het fosfateerbad teruggevoerd. Het gebruik van gereinigd water in spoelbaden van de fosfatering is het doel van verdergaand werk van de Henkel-procestechnici. Terugwinning van zware metalen met de geoptimaliseerde IonGard®-technologie reduceert tevens kosten van afvalwaterbehandeling, verlaagt drastisch het risico van overschrijden van een grenswaarde in het afvalwater, bespaart proceswater en proceschemicaliën.
Automatisch managementsysteem voor de carrosserievoorbehandeling
ASTRO® regelt volautomatisch voorbehandelingssystemen, waarmee de automobielindustrie in staat wordt gesteld om gelijktijdig de fabricagekwaliteit te verbeteren, foutenbronnen te elimineren en aldus kosten te besparen. In de fabriek van een grote internationale autofabrikant, waar dagelijks duizend voertuigen van de band lopen, heeft ASTRO® zich in de loop van een tweejarige proefperiode praktisch bewezen. Ondersteund door een expertsysteem analyseert, waardeert en stuurt ASTRO® voortdurend de doorslaggevende kwaliteitsparameters van de voorbehandeling. Neemt het systeem afwijkingen waar, dan worden de noodzakelijke correcties automatisch aangebracht. Aldus wordt ervoor gezorgd dat het totale voorbehandelingsproces continu binnen het specificatiebereik verloopt. Tot de innovaties van ASTRO® behoort ook dat het systeem via het internet kan worden bereikt. Hierdoor is het mogelijk dat het voorbehandelingsproces indien nodig ook door specialisten van Henkel Technologies vanuit Düsseldorf voortdurend kan worden bewaakt. Indien nodig kan in overleg met de automobielfabrikant direct worden ingegrepen. In te calculeren financiële voordelen van voortdurende toepassing van ASTRO® zijn besparingen in chemicaliën en waterverbruik. Belangrijker nog is de garantie voor constante kwaliteit en daarmee uitsluiting van kostbare nabewerking of van afnemer-reclamaties.
Samenvatting
De ontwikkeling van nieuwe organische deklagen, milieuvriendelijke voorbehandelingsmethodes voor aluminium, toekomstgerichte terugwinningsconcepten van zware metalen bij de fosfatering en een automatisch managementsysteem voor het totale voorbehandelingsproces zijn enkele van de in het oog springende voorbeelden van de innovatiekracht bij het voortdurend verbeteren van de voorbehandelingstechnologieën en benadrukking van de pretentie van Henkel Technologies om tot de nauwste partners van de automobielfabrikanten en staalproducenten te behoren.
Literatuur
- W. Wichelhaus: Environmentally Sound and Controlled Processes; Surcar, 19th International Conference on Automobile Body Finishing, Cannes 2001.
- P. Droniou: Pretreatment and Corrosion Protection of Aluminium in Automobile Production, Interfinish, 15th World Congress and Exhibition, Garmisch-Partenkirchen 2000.
- R. Miller, W. Lorenz: Precoated Materials in Car Body Manufacturing, Millenium, eingereicht.
- J. Krömer, P. Droniou: Vorbehandlung von Fahrzeugoberflächen; IIR-Konferenz ‘Farben und Lacke als Kfz-Oberfläche’, Düsseldorf 2002.
- Nanofiltration reinigt Abwasser aus der Phosphatierung; JOT 9/2002, Vieweg Verlag.