Oberflächenschutz Dispersionsschichten im Anlagen- und Apparatebau

Chemisch Nickel und Fluorpolymere sind heute nicht nur die Ausgangsbasis für einen hohen Oberflächenschutz im Anlagen- und Apparatebau, als Dispersionsschichten decken sie auch ein breites Eigenschaftsspektrum ab. So sind Schutzschichten auf Nickel-Phosphor-Basis mit PFA-Partikeln für Anwendungen geeignet, in denen Antihafteigenschaften, Verschleiß- und Korrosionsschutz gebündelt werden sollen. Eine Applikation im Spritzverfahren ist möglich.

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Funktionale Beschichtungen gewährleisten in der chemischen Industrie vielfach Schutz gegen Verschleiß, Fouling, Produktanbackungen und Korrosion. Sie verbessern somit den Betrieb von Anlagen. Längere Betriebszeiten, ein optimierter Prozesses sowie geringere Wartungskosten sind die Vorteile. So haben sich in vielen Anwendungen, in denen Antihafteigenschaften, Verschleiß- und Korrosionsschutz von Oberflächen verbessert werden sollen, entweder organische oder galvanische Beschichtungen bewährt. Das gilt zum Beispiel für Schichten auf Basis von Chemisch Nickel (NiP) oder Fluorpolymeren. Wo früher Hartgummiauskleidungen oder Email chemische Anlagen vor Korrosion schützten, kommen heute unter anderem Beschichtungen auf Fluorpolymerbasis zur Anwendung.

Im gesamten Anwendungsbereich der chemischen Industrie können galvanisch und organisch beschichtete Anlagenteile den Produktionsbetrieb optimieren. Die Schichten verbessern die Oberflächeneigenschaften von Rohrleitungen, Behältern, Pumpengehäusen und -laufrädern sowie Sieben, aber auch die Eigenschaften komplexer Apparate. Daher hat das Fachzentrum Polymer- und Oberflächentechnik der BASF AG, Ludwigshafen, zusätzlich zu den organischen und galvanischen Beschichtungen einen Schwerpunkt auf die autokatalytischen Verfahren Chemisch Nickel und Chemisch Nickel mit PFA (Perfluoralkoxy-Copolymere) als Dispersionsschicht gelegt (Bild 1).

Diese hoch entwickelten Schutzschichten kommen überall in der Chemie zur Anwendung, zum Beispiel bei der Produktion von Grund-, Fein- und Veredlungschemikalien, Farbstoffen, Kunststoffen sowie Pflanzenschutz- und Düngemitteln. Sie haben sich aber auch in Branchen wie Maschinenbau, Automotiv, Energie- und Umwelttechnik etabliert.

Direkte Beschichtung von Edelstahl mit Chemisch Nickel

Beim Verfahren Chemisch Nickel werden Nickel-Phosphor-Schichten (NiP) aus einer wässrigen Nickelsulfatlösung durch chemische Reduktion auf der Metalloberfläche abgeschieden. In einem anschließenden Temperprozess lässt sich die Härte der NiP-Schichten von etwa 550 HV (Ausgangszustand) auf bis zu 1100 HV steigern (Bild 2). Ein besonderes Vorbehandlungsverfahren, das im Fachzentrum der BASF AG entwickelt wurde, ermöglicht dabei eine chemische Aktivierung von Edelstahloberflächen. Dadurch können Edelstahlteile einer direkten Beschichtung mit NiP zugänglich gemacht werden. Das gilt auch für die Innenflächen von Edelstahlrohren und für Bauteile mit komplexer Geometrie, die sich damit chemisch vernickeln lassen, ohne dass eine elektrolytische Vorvernickelung mit aufwändigem Anodenbau erforderlich ist (Bild 3).

Die NiP-Schichten bieten einen hohen Verschleißschutz und je nach Anwendungsbedingungen einen guten Korrosionsschutz. Sie haben sich daher zum Beispiel bei Rohrleitungen, Rüttelsieben, Abscheidklappen und Maschinenteilen bewährt, die bei der Förderung von Kunststoffgranulat mit Glasfaserverstärkung eingesetzt werden. Die Standzeit der Anlage verlängerte sich dadurch von wenigen Wochen auf bis zu zwei Jahre (Bild 4).

NiP-PFA-Dispersionsschichten bieten umfassenderen Schutz

Die Einlagerung von etwa 200 nm großen PFA-Partikeln erweitert das Eigenschaftsspektrum der Chemisch-Nickel-Schichten. Dabei liegt der Volumenanteil der Partikel in der NiP-Matrix bei etwa 25%. Diese NiP-PFA-Dispersionsschicht wird ebenfalls autokatalytisch abgeschieden und hat sehr gute Antihaft- und Gleiteigenschaften sowie hohe Verschleißfestigkeit. Sie kann bei allen gängigen Stahlsorten zur Anwendung kommen: von unlegierten Stählen bis zu Edelstählen. NiP-Schichten halten Temperaturen bis etwa 350 °C stand. Dagegen liegt die thermische Obergrenze bei NiP-PFA-Schichten bei 280 °C.

Zu den typischen Anwendungen, bei denen diese Eigenschaftskombination signifikant zum Tragen kommt, gehören Rührer in allen Ausführungen und Größen sowie Düsenleisten, in die sogar feinste Bohrungen oder Schlitze eingearbeitet sein können. Auch bei einfach herzustellenden Bauteilen, wie zum Beispiel einer Umstellklappe für die Düngemittelproduktion, bringt eine NiP-PFA-Beschichtung deutliche Vorteile: Wo früher Anbackungen spätestens jeden zweiten Tag entfernt werden mussten, zeigte sich nach langjährigem Betrieb, dass dies mit der beschichteten Klappe nur noch ein- bis zweimal pro Monat erforderlich ist (Bild 5).

Beschichten großer Flächen im Spritzverfahren möglich

Eine neu entwickelte Applikationstechnik ist das Beschichten mit NiP und NiP-PFA im Spritzverfahren. Es eignet sich insbesondere für großvolumige Behälter und Apparate, die nicht durch Tauchen, Fluten oder Durchströmen beschichtet werden können. Die Spritztechnik ermöglicht ein Beschichten von Bauteilen vor Ort. Bedingung dabei ist ein Temperieren der zu beschichtenden Oberflächen auf 90 °C.

Ein Anwendungsbeispiel aus der Praxis ist die Beschichtung eines 20 m³ großen Rührbehälters aus Edelstahl. Sie wurde erforderlich, weil es im Batch-Betrieb zu einem massiven Schichtaufbau an der Behälterwand und zu Ankrustungen am Rührer gekommen ist. Die Ursache dafür liegt im Kristallisationsprozess mit einer Abkühlung des Produkts von 80 auf 35 °C. Das Ergebnis: Nach der NiP-PFA-Antihaftbeschichtung zeigten die Bauteile in einem Vorversuch einen um 80 bis 90% geringeren Schichtaufbau.

Dr. Norbert Krollmann ist Leiter des Fachzentrums Polymer- und Oberflächentechnik bei der BASF AG in 67056 Ludwigshafen, Tel. (06 21) 60-9 90 58, Fax (06 21) 60-9 33 18, norbert.krollmann@basf.com

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