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Mittwoch, 13 Oktober 2021 11:59

Verzichten auf elektrolytische Entfettung bei Stahl

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Geschätzte Lesezeit: 3 - 6 Minuten

Frage: Derzeit planen wir eine neue Trommelanlage, in der Stahlteile alkalisch verzinkt und passiviert werden sollen. Leider ist unser Platz beschränkt, weshalb wir, ausgehend vom „perfekten Zustand“, Wannen einsparen müssen. Bei der Planung entbrannte bei uns die Diskussion, auf eine elektrolytische Entfettung zu verzichten. Schließlich könne man mit höheren Taktzeiten länger in der Abkochentfettung verweilen. Da der Beizprozess der letzte Schritt der Vorbehandlung wäre, könne man sogar die Dekapierung einsparen. Unser Galvanik-Meister ist vehement dagegen, mit seiner Meinung sowohl intern als auch beim Anlagenbauer alleine. Versuche in Kleinserien haben gezeigt, dass es bei Optik und Haftfestigkeit keinen Unterschied macht, ob wir elektrolytisch entfetten oder nicht. Welche Empfehlung würden Sie aussprechen?

Antwort: Wenn wir Ihre Ausführungen richtig interpretieren, würden wir zunächst empfehlen, dem Galvanik-Meister eine Gehaltserhöhung zu geben und die hundertprozentige Leitung des Projekts zu übertragen. Offensichtlich verfügt er nicht nur über die nötige Fachkompetenz, sondern besitzt ebenfalls die notwendige Integrität, trotz Gegenwind seinen Standpunkt zu vertreten. Frei nach Bertrand Russell: „Auch wenn alle einer Meinung sind, können alle Unrecht haben.“

Allgemeine Betrachtung

Der Vergleich hinkt etwas, aber die elektrolytische Entfettung kann in vielen Fällen wie ein Reserveschirm beim Fallschirmsprung betrachtet werden. Der wird nur sehr selten benötigt, doch wenn, ist man froh, dass man ihn hat.

Vorversuche in Kleinserien können generelle Aussagen über eine Machbarkeit liefern, sagen aber nichts über die tägliche Praxis aus. Das hat zahlreiche Gründe. Vorversuche zeigen oft den Idealzustand. Sie setzen neue Chemie an, die Wannen sind im perfekten Zustand und das Ausgangsmaterial ist häufig, verglichen mit einer Großserie, fehlerlos. Die Oberfläche weist weniger Schmutz und Fehlstellen auf, die Teile wurden nicht lange gelagert. Und bei den Versuchen sind alle Beteiligten bemüht, ein vollendetes Ergebnis zu erzielen, da große Erwartungen damit verbunden sind.

Der praktische Alltag sieht völlig anders aus. Die Ware weist mehr Öl auf, mehr Verunreinigungen, ggf. Korrosionsspuren und wurde womöglich deutlich länger gelagert. Die Vorbehandlung gleicht nicht jedem Tag einem Neuansatz, die Anlage wird in ein paar Jahren nicht mehr im allerbesten Zustand sein und die Kontrolle der Vorbehandlung wird erfahrungsgemäß ebenfalls nachlassen. Das wird irgendwann selbst bei einer perfekten Anlage zum Problem.

Hinzu kommt, dass bei der Verzinkung von Stahl Haftfestigkeitsprüfungen gerne vernachlässigt werden. Das bedeutet: Probleme können selbst nach 6 bis 12 Monaten auftreten. Sie können sich vorstellen, was es bspw. bei der Automobilindustrie heißt, wenn man die Produktion eines Jahres in eine Rückholaktion verwandelt. Wenn dann noch heraus kommt, dass bei der Anlagenplanung entgegen aller geltenden Normen und allen Fachwissens gehandelt wurde, erlischt der Versicherungsschutz schneller als sie „Einsparpotential“ sagen können.

Und um – ganz unabhängig vom dargelegten Fall – auf die Notwendigkeit einer guten Vorbehandlung zu verweisen: Noch immer lassen sich rund 80 % aller Galvanikfehler auf falsche oder mangelhafte Vorbehandlung zurückführen. 50–60 % der Fehler werden auf eine unzureichende Entfettungsbehandlung zurückgeführt.

Funktion und Zweck der elektrolytischen Entfettung

Die elektrolytische Entfettung hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber der chemischen Entfettung: Durch die Bildung von Gasbläschen werden lose, anhaftende Partikel weggesprengt. Bei einer Elektrolyse treten an der Werkstoffoberfläche feine Gasbläschen auf, die sich stetig vergrößern und ab einer bestimmten Größe abreißen und an die Oberfläche steigen. Da sich die Gasbläschen zwischen dem (metallisch leitenden) Werkstück und den (nicht- metallischen, kaum leitenden) Verunreinigungen bilden, kommt es zu einer Absprengung des Schmutzes. Die Gasbläschen bestehen an der Anode aus Sauerstoff und an der Kathode aus Wasserstoff.

Im Kern geht es hierbei nicht mehr darum, grob Öle und Fette zu entfernen, sondern um die Feinstreinigung. Gelegentlich wird argumentiert, dass diese Feinstreinigung bei Trommelware nicht nötig sei, schließlich bekäme die Oberfläche durch die Mechanik einen zusätzlichen Reingungseffekt. Das stimmt aber nur bedingt bzw. nur bei Teilen perfekter Geometrie. Verwinkelte Objekte, Innengewinde oder flache Scheiben hingegen weisen individuelle Problemzonen auf, in denen die Mechanik nicht wirkt oder sogar nachteilig ist – etwa das Verkleben von Scheiben in der Trommel. Gerade hier hilft die elektrolytische Behandlung besonders, um die Teile auseinanderzutreiben.

Der Wert einer elektrolytischen Entfettung wurde bereits in [1] 1964 anschaulich dargestellt:

„Bei der elektrolytischen Entfettung wird die rein chemische bzw. kolloidchemische Wirkung der alkalischen Reinigungslösung durch die Wirkung des elektrischen Stromes verstärkt. Aus diesem Grund ist die elektrolytische Entfettung das gegenwärtig beste Reinigungsverfahren. Kein anderes technisches Verfahren liefert Metalloberflächen von – für die galvanischen Belange – so hohem Reinheitsgrad.“

Man könnte der Idee verfallen, die Abkochentfettung durch die viel „bessere“ elektrolytische Entfettung zu ersetzen. Dies birgt aber zwei Probleme:

Dieser Entfettungstyp funktioniert nur dann ausgezeichnet, wenn sich nur noch geringe Verunreinigungen auf der Oberfläche befinden. Der oben beschriebene Mechanismus funktioniert nur unzureichend, wenn die Oberfläche durch Fette, Öle, Korrosionsprodukte oder Korrosionsschutzprodukte elektrisch isoliert wird.

Hinzu kommt eine weitere wichtige Aufgabe der elektrolytischen Entfettung: die Entfernung von Beizbelägen. D. h., dass dieser Prozessschritt auf die Beize folgen muss.

Verzicht auf Dekapierung?

Auf den Verzicht einer Dekapierung, eventuell mit der Begründung, dass ohnehin von einer alkalischen Lösung in eine andere alkalische Lösung getaucht wird, raten wir ebenso dringend ab.

Die Dekapierung hat den Zweck, verfahrensbedingt entstandene Oberflächenfilme chemisch zu entfernen. Meist sind dies mikroskopisch dünne, unsichtbare Schichten, die die Haftfestigkeit des nachfolgenden galvanisch abzuscheidenen Überzuges stark beeinträchtigen oder, je nach Art und Dicke, die Haftung sogar verhindern können.

Oberflächenfilme können sein:

  • Oxide
  • Oxidhydrate
  • Hydroxide
  • Silicate
  • Borate
  • Carbonate
  • Sulfide
  • schwerlösliche Reaktionsprodukte der verwendeten Chemie mit Bestandteilen des Substratwerkstoffs.

Es geht also nicht, wie gerne angenommen, um eine Neutralisierung der Oberfläche. Der französische Wortursprung de = entfernen und cape = Umhang erklärt das Ziel ganz gut.

Einsparungen

Wir haben auch Verständnis für Ihr Dilemma. Deshalb möchten wir nachfolgend ein paar Anregungen bieten, was allerdings ohne die Kenntnis von Details schwierig ist. Wir gehen dabei davon aus, dass Sie die Möglichkeiten von mehreren Straßen bereits berücksichtigt haben.

Kleinere Wannen

Durch kleinere, bzw. schmälere Wannen ließen sich einige Meter sparen. Das Problem eines geringeren Durchsatzes ließe sich ggf. durch Doppeltrommeln kompensieren.

Reduzierung von Spülen

Dreierkaskaden lassen sich in der Vorbehandlung manchmal durch Standspüle / Fließspüle ersetzen. Darunter leidet zwar entweder die Spülqualität oder die Belastung des Kreislaufwassers, dies lässt sich aber vorher berechnen, um festzustellen, ob es ein Problem wird.

Zusammenlegung von Spülen

Kaskaden, Stand- und Fließspülen lassen sich kombinieren. Etwa die Spülen von Abkoch- und Elektroentfettung. Bei den Kaskaden lassen sich Spülen von Entfettungen und Beizen gemeinsam nutzen. Die damit verbundene Neutralisierung hat zudem positive Effekte, allerdings gibt es hier natürlich eine doppelte Belastung des Spülvolumens.

B. C.

Literatur

[1] R. Bilfinger; W. Burkhardt: In Dettner/Elze: Handbuch der Galvanotechnik Bd. I, 994–995, Carl-Hanser-Verlag
[2] B. Gaida; B. Andreas; K. Aßmann: Technologie der Galvanotechnik, Eugen G. Leuze Verlag

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 10
  • Jahr: 2021
  • Autoren: B. C.
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