DE102005055028B4 - Mittel und Verfahren zur Überprüfung von Korrosionsschutzbeschichtungen - Google Patents
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Abstract
Flüssiges Mittel
zur Überprüfung der schützenden
Wirkung von Oberflächenbeschichtungen
gegen korrosiven Angriff durch Umwelteinflüsse oder Medien, das
a) oxidierende Chemikalien mit einem Standardredoxpotential von E°> 0,2V gegen Wasserstoffnormalelektrode in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew-% enthält;
b) ein Lösungsmittel von 70 bis 95 Gew-% enthält;
c) Komplexbildner für Metalle in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält;
d) pH-Wert puffernde Gemische in Konzentrationen von 0,1 bis 5 Gew-% enthält;
e) Inhibitoren, welche chemische Reaktionen an Metalloberflächen verlangsamen, in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält;
f) Indikatoren, welche Zink(II)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,001 bis 1 Gew-% enthält;
g) Indikatoren, welche Eisen(III)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,01 bis 2 Gew-% enthält;
h) einen pH-Wert im Bereich zwischen 3 und 7 aufweist;
i) bei einer Temperatur zwischen 10 und 80°C angewendet wird.
a) oxidierende Chemikalien mit einem Standardredoxpotential von E°> 0,2V gegen Wasserstoffnormalelektrode in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew-% enthält;
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f) Indikatoren, welche Zink(II)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,001 bis 1 Gew-% enthält;
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h) einen pH-Wert im Bereich zwischen 3 und 7 aufweist;
i) bei einer Temperatur zwischen 10 und 80°C angewendet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Mittel, welches in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Überprüfung der schützenden Wirkung von Oberflächenbeschichtungen gegen korrosiven Angriff durch Umwelteinflüsse oder Medien eingesetzt wird.
- Das Mittel zur Überprüfung von Beschichtungen kann beispielsweise auf dem Gebiet der zeitlich prozessnahen Prüfung von Korrosionsschutzschichten beim Oberflächenbeschichter oder zur Eingangskontrolle beim Anwender gewerblich genutzt werden.
- Stand der Technik
- Bauteile aus Eisenwerkstoffen, wie zum Beispiel Stähle oder Eisenguss, aber auch Zinkdruckguss werden durch geeignete Beschichtungen gegen Korrosion geschützt.
- Generell werden zwei Arten von Beschichtungen unterschieden: Beschichtungen die durch einen kathodischen Schutz das Bauteil vor Korrosion schützen und Beschichtungen, die passiv das Bauteil vor Korrosion schützen.
- Ein kathodischer Schutz der Bauteile wird durch metallreiche Beschichtungen erreicht, wobei die Beschichtungsmetalle aufgrund der Stellung in der elektrochemischen Spannungsreihe unedler als das beschichtete Bauteil sind. Kathodisch schützende Beschichtungen sind üblicherweise galvanisch erzeugte Zink-, Aluminium- und Zinklegierungsbeschichtungen, Zink- und Aluminiumlamellenbeschichtungen und Metallgemische wie sie beim mechanischen Kugelplattieren erzeugt werden.
- Zinklegierungsschichten sind üblicherweise Legierungen aus den Metallen Zink und Nickel, Zink und Eisen, Zink und Kobalt, Zink und Zinn.
- Einen passiven Schutz vor Korrosion liefern Beschichtungen wie Lacke, chemisch oder elektrochemisch hergestellte Metalloxidbeschichtungen, silikatische Versiegelungen und Deckbeschichtungen sowie Mischungen aus silikatischen Komponenten und organischen Polymeren. Einen passiven Korrosionsschutz liefern weiterhin Phosphatierungen und Metallbeschichtungen, wobei das Beschichtungsmetall aufgrund der Stellung in der elektrochemischen Spannungsreihe edler ist als das beschichtete Bauteil. Stahlbauteile werden z.B. mit Kupfer, Nickel oder Nickel-Phosphorlegierungen beschichtet.
- Beschichtungen, die einen kathodischen Schutz auf das Bauteil ausüben, werden üblicherweise noch durch die vorstehend ausgeführten Beschichtungen zusätzlich geschützt, um die Bauteillebensdauer zu erhöhen und der Beschichtung funktionelle Eigenschaften, wie Farbe oder Reibungseigenschaften, zu verleihen.
- Aufgrund von Fehlern bei der Applikation der Beschichtung oder durch anschliessende mechanische oder chemische Beschädigung kann die schützende Wirkung der Beschichtung vor Korrosion beeinträchtigt sein und das Bauteil erreicht nicht die in Spezifikationen geforderten Abnahmekriterien.
- Korrosionsuntersuchungen werden üblicherweise in Korrosionskammern durchgeführt, deren Durchführung in einschlägigen Normen, z.B. der DIN 50021 SS oder DIN 50017 KK, beschrieben werden. Diese Methoden sind in der Regel recht zeitaufwendig und eigenen sich daher nur bedingt zur zeitlich prozessnahen Überprüfung der schützende Wirkung von Oberflächenbeschichtung gegen korrosiven Angriff.
- In der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 050 150 A1 wird ein Testverfahren und ein Testmittel zum Aufspüren von Defektstellen von Beschichtungen auf der Bauteiloberfläche beschrieben. Das beschriebene Korrosionstestmittel besteht aus einem Leitsalz, einem Lösungsmittel und Metall- sowie pH-Indikatoren, die einen Umschlagspunkt im Bereich von pH 8–10 aufweisen. Das beschriebene Testmittel wird mit der Bauteiloberfläche in Kontakt gebracht, wobei an Defektstellen farbige Korrosionsprodukte entstehen, welche durch optische Untersuchungen oder mittels optischer Hilfsmittel bewertet werden. DieDE 10 2004 050 150 A1 verweist auf dieDD 248 194 A1 - In der DE-PS 633 663 wird ein Verfahren unter Verwendung eines flüssigen Mittels beschrieben, mit dem schadhafte oder zur Korrosion neigende Stellen an Edelstählen sichtbar gemacht werden. Die zu untersuchenden Edelstahlstellen werden mit einer Säure, die unversehrte Edelstähle nicht angreift, behandelt und schadhafte Stellen durch Erzeugung farbiger Verbindungen aus Edelstahl bildenden Metallen und zugesetzten Reagenzien, wie Ferricyankalium, Ferrocyankalium und Dimethlyglyoxim, sichtbar gemacht. Die Farbreagenzien können in Form von getränkten Papier- oder Stoffstreifen angewendet werden. Als Säuren, die unversehrten Edelstahl nicht angreifen, werden 20% Schwefelsäure und die oxidierende Salpetersäure in beliebiger Konzentration genannt. In der Schrift wird die Kupfersulfatmethode zum Feststellen von Defektstellen als Stand der Technik beschrieben.
- Aufgabenstellung
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel anzugeben, mit dem die schützende Wirkung von Oberflächenbeschichtungen gegen Korrosion schnell und einfach ermittelt werden kann.
- Die Aufgabe wird durch ein flüssiges Mittel mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst, welches
- a) oxidierende Chemikalien mit einem Standardredoxpotential von E°> 0,2V gegen Wasserstoffnormalelektrode in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew-% enthält;
- b) ein Lösungsmittel von 70 bis 95 Gew-% enthält;
- c) Komplexbildner für Metalle in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält;
- d) pH-Wert puffernde Gemische in Konzentrationen von 0,1 bis 5 Gew-% enthält;
- e) Inhibitoren, welche chemische Reaktionen an Metalloberflächen verlangsamen, in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält;
- f) Indikatoren, welche Zink(II)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,001 bis 1 Gew-% enthält;
- g) Indikatoren, welche Eisen(III)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,01 bis 2 Gew-% enthält;
- h) einen pH-Wert im Bereich zwischen 3 und 7 aufweist;
- i) bei einer Temperatur zwischen 10 und 80°C angewendet wird.
- Das erfindungsgemässe Mittel wird in Kombination mit einer Vorrichtung verwendet.
- Die Vorrichtung besteht aus
- a) einem Behälter mit Vorrichtung zur Lösungsbewegung
- b) optischen oder elektrochemischen Sensoren
- c) einem Computer zur Aufzeichnung und Speicherung von Messdaten.
- Die Lösungsbewegung kann durch Lufteinblasung, durch mechanische Bewegung, z.B. durch eine Schüttelplatte, durch einen Rührer oder durch eine Pumpe erzeugt werden.
- Der optische Sensor kann eine UV Elektrode oder eine digitale Kamera sein.
- Der elektrochemische Sensor kann eine Elektrode, z.B. eine Platin- oder Goldelektrode oder eine metallsensitive Elektrode sein.
- Die Signale der optischen oder elektrochemischen Sensoren werden durch digitale Geräte erfasst und gespeichert.
- Das zu untersuchende Bauteil wird in ein Gefäss mit dem Mittel gegeben, wobei das Mittel das Bauteil komplett oder nur teilweise bedeckt.
- Alternativ kann das Mittel durch bestreichen, eintauchen oder aufsprühen auf das Bauteil aufgetragen werden, wobei das Mittel das Bauteil komplett oder nur teilweise bedeckt.
- Die Messwertaufzeichnung wird zeitnah nach dem Bedecken des Bauteils mit dem Mittel gestartet.
- Das chemische Mittel hat eine korrodierende Wirkung auf Beschichtungen wie z.B. Metallbeschichtungen, Lacke, natürliche oder technisch hergestellte Metalloxidfilme, Versiegelungen, Top Coats, Deckbeschichtungen, Metalllamellenbeschichtungen sowie auf Grundmaterialien wie Metalle, Metallgemische und Metalllegierungen.
- Durch die korrodierende Wirkung des Mittels werden Metallionen aus der Beschichtung oder aus dem Grundmaterial im Mittel gelöst.
- Durch die enthaltenen metallspezifischen Indikatoren finden über Konvektionskontrolle zwei Farbumschläge des Mittels im gesamten Mittelvolumen statt. Die Korrosion der Beschichtung wird durch einen ersten Farbumschlag von gelb nach violett angezeigt, und die Korrosion des Grundmaterials wird durch einen zweiten Farbumschlag von violett nach rotbraun angezeigt. Werden Beschichtungen mit dem Mittel untersucht, die kein Zink enthalten, wird lediglich nur ein Farbumschlag von gelb nach rotbraun beobachtet.
- Durch die im Mittel enthaltenen Komplexbildner und Inhibitoren kann der Farbumschlag bewusst verzögert werden.
- Metalloxidbeschichtungen, Metallmischoxidbeschichtungen, Versiegelungen und Lackierungen verzögern den chemischen Angriff auf metallische Beschichtungen, wie sie durch z.B. Verzinken, durch Zinklegierungsbeschichtungen, durch Vercadmen oder Vernickeln aufgebracht werden, und verzögern somit den zeitlichen Verlauf des ersten Farbumschlages, der die Beschichtungskorrosion anzeigt.
- Kathodische Schutzbeschichtungen, Metalloxidbeschichtungen, Metallmischoxidbeschichtungen oder Lackierungen verzögern den Angriff des Mittels auf das Grundmaterial und beeinflussen somit den Zeitpunkt des zweiten Farbumschlages, der die Grundmetallkorrosion anzeigt.
- Über die optischen oder elektrochemischen Sensoren werden die Zeitpunkte der Farbumschläge bzw. der Anstieg der Metallkonzentrationen seit Beginn der Messaufzeichnung erfasst.
- Die Zeitpunkte der Farbumschläge des Mittels werden durch den Beschichtungsaufbau, die Schichtzusammensetzungen und die Schichtdicken beeinflusst.
- Die Zeitpunkte der Farbumschläge können durch kontrollierte Variation des Beschichtungsaufbaus und der Schichteigenschaften in vergleichender Weise bestimmt werden und mit der schützenden Wirkung der Beschichtung korreliert werden.
- Die mit dem erfindungsgemässen Mittel und dem beschriebenen Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass im Vergleich zu den oben genannten Korrosionsuntersuchungsmethoden, z.B. nach DIN 50021 SS, Aussagen über die Beschichtungsqualität prozesszeitnah, d.h. nach wenigen Stunden anstatt nach Tagen, getätigt werden können.
- Die mit dem erfindungsgemässen Mittel und dem beschriebenen Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass im Vergleich zu den Methoden in den oben genannten Schriften
DE 10 2004 050 150 A1 ,DD 248 194 A1 - Ausführungsbeispiel
- Das Mittel zur Überprüfung der Funktion von Oberflächenbeschichtungen wurde in folgender Zusammensetzung hergestellt: 5 Gew.-% Natriumperoxodisulfat, 0,4 Gew-% Dinatriumdihydrogenethylendiamintetraacetat, 0,001 Gew-% Xylenolorange, 0,02 Gew-% 5-Sulfosalicylsäure-2-hydrat, 0,4 Gew-% Natriumacetat, 0,3 Gew-% Essigsäure 93,88 Gew-% Wasser.
- Das Prüfmittel wurde in ein Becherglas gegeben und die Prüflösung mittels einer Schüttelplatte bei einer Drehzahl von 100 1/min kontinuierlich gerührt. In die Prüflösung wurde eine verzinkte und passivierte Schraube aus Eisenmaterial gegeben, welche durch die Prüflösung vollständig bedeckt wurde.
- Nach 5 min wurde eine Farbumschlag von gelb nach violett beobachtet, welcher die beginnende Zinkkorrosion anzeigte.
- Nach 14 min wurde eine Farbumschlag von violett nach dunkelrot beobachtet, welcher die beginnende Eisenkorrosion anzeigte.
- Unter den bestehenden Testbedingungen können die Farbumschläge einer beginnenden Zinkkorrosion im Neutralen Salzsprühtest nach DIN 50021 SS nach 96 h und einer beginnenden Eisenkorrosion nach 288h zugeordnet werden.
- Das Prüfmittel wurde in ein Becherglas gegeben und die Prüflösung mittels einer Schüttelplatte bei einer Drehzahl von 100 1/min kontinuierlich gerührt. In die Prüflösung wurde eine verzinkte, passivierte und versiegelte Schraube aus Eisenmaterial gegeben, welche durch die Prüflösung vollständig bedeckt wurde.
- Nach 12 min wurde eine Farbumschlag von gelb nach violett beobachtet, welcher die beginnende Zinkkorrosion anzeigte.
- Nach 32 min wurde eine Farbumschlag von violett nach dunkelrot beobachtet, welcher die beginnende Eisenkorrosion anzeigte.
- Unter den bestehenden Testbedingungen können die Farbumschläge einer beginnenden Zinkkorrosion im Neutralen Salzsprühtest nach DIN 50021 SS nach 168 h und einer beginnenden Eisenkorrosion nach 624 h zugeordnet werden.
Claims (8)
- Flüssiges Mittel zur Überprüfung der schützenden Wirkung von Oberflächenbeschichtungen gegen korrosiven Angriff durch Umwelteinflüsse oder Medien, das a) oxidierende Chemikalien mit einem Standardredoxpotential von E°> 0,2V gegen Wasserstoffnormalelektrode in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew-% enthält; b) ein Lösungsmittel von 70 bis 95 Gew-% enthält; c) Komplexbildner für Metalle in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält; d) pH-Wert puffernde Gemische in Konzentrationen von 0,1 bis 5 Gew-% enthält; e) Inhibitoren, welche chemische Reaktionen an Metalloberflächen verlangsamen, in Konzentrationen von 0,001 bis 5 Gew-% enthält; f) Indikatoren, welche Zink(II)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,001 bis 1 Gew-% enthält; g) Indikatoren, welche Eisen(III)-Ionen in der Lösung anzeigen, in Konzentrationen von 0,01 bis 2 Gew-% enthält; h) einen pH-Wert im Bereich zwischen 3 und 7 aufweist; i) bei einer Temperatur zwischen 10 und 80°C angewendet wird.
- Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als oxidierende Chemikalien Perchlorsäure, Wasserstoffperoxid oder Salze des Peroxodisulfates, insbesondere Natriumperoxodisulfat, Ammoniumperoxodisulfat oder Kaliumperoxodisulfat verwendet werden.
- Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Wasser verwendet wird.
- Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Komplexbildner Ethylendiamintetraessigsäure oder deren Salze verwendet werden.
- Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wert puffernden Gemische Acetatpuffer, Borsäurepuffer oder Citratpuffer sind.
- Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Inhibitoren Butindiol, Salze des Nitrats oder des Nitrits verwendet werden.
- Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zink(II)-Ionen anzeigender Indikator Xylenolorange verwendet wird.
- Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Eisen(III)-Ionen anzeigender Indikator 5-Sulfosalicylsäure-2-hydrat verwendet wird.
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