Hochleistungsschutz für Chassis und große Bauteile mit komplexer Geometrie

Hinterachsträger, Spurstangenköpfe oder Federn werden im Automobilbau schon seit Jahren mit Zinklamellensystemen sicher vor Korrosion geschützt. Dabei eignen sich die hochleistungsfähigen Mikroschichten auch für große Bauteile mit schwieriger Geometrie.

Chassis-Bauteile sind extremen statischen und dynamischen Belastungen, aber auch ständigen mechanischen Angriffen durch Steinschläge ausgesetzt. Um den geforderten sehr hohen Rostschutz und eine lange Nutzungsdauer des Fahrzeugs sicherzustellen, sind deshalb besonders widerstandsfähige Beschichtungssysteme notwendig. Auch spezielle Anforderungen wie die sichere Innenbeschichtung von Rohrkonstruktionen können nur durch individuelle Korrosionsschutzlösungen erfüllt werden. Nicht zuletzt ermöglicht die Wahl leistungsfähiger Beschichtungssysteme eine Materialstärkenreduzierung zur Gewichtsersparnis. 

Eine sinnvolle Lösung für Komponenten des Fahrgestells sind deshalb Zinklamellensysteme. Diese lassen sich in sehr dünnen Schichten und verschiedenen Verfahren applizieren und empfehlen sich so auch für Bauteile mit komplizierter oder verwinkelter Geometrie. Weiterer Vorteil: Beim Beschichtungsprozess wird kein Wasserstoff erzeugt, so dass die Gefahr der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion vermieden wird. Damit eignen sich Zinklamellenüberzüge auch für hochfeste Stähle. Der Systemaufbau aus Base- und Topcoat hat typischerweise eine Schichtdicke von 8–20 μm.


REM-Querschliff einer Zinklamellenbeschichtung mit 20 μm

Der Basecoat besteht aus lamellenartigen, in eine Bindemittelmatrix eingebetteten Zinkpartikeln. Das Bindemittel des flüssigen Beschichtungsstoffes vernetzt unter Temperatureinwirkung und bildet auf dem Bauteil einen haftenden festen Überzug. Ebenso funktioniert die Schichtbildung bei einem zusätzlichen Topcoat. Dieser verleiht dem System multifunktionale Eigenschaften wie eine Chemikalienbeständigkeit beispielsweise gegen Reinigungsmedien. Die angewandten Temperaturen sind dabei so niedrig, dass eine Werkstoffschädigung des Stahls durch zu hohe Hitzebelastung vermieden wird. Die Kombination aus Base- und Topcoat erzielt eine aktive kathodische Schutzwirkung, d. h. wenn der Überzug verletzt wird, opfert sich beim Kontakt mit Wasser und Sauerstoff das relativ unedle Zink im Basecoat zugunsten des edleren Stahluntergrundes. 

Chassis-Teile beschichten – aber wie?

Vor dem eigentlichen Beschichtungsprozess wird die Oberfläche der Bauteile vorbehandelt. Um Beizverfahren zu vermeiden, die schädlichen Wasserstoff erzeugen können, der in die Stahlstruktur eindringen und sie verspröden kann, sind andere Vorbehandlungsprozesse nötig. Das typische Reinigungsverfahren ist die Entfettung mit einer alkalischen wässrigen Lösung, die Fett, Öl und Schmutz beseitigt, gefolgt von einem optionalen Strahlen mit sehr kleinen Stahlkugeln (Strahlmittel). Diese werden durch eine Turbine oder Druckluft in einer Kammer auf die Teile beschleunigt und beseitigen beim Auftreffen Zunder und Rost auf dem Bauteil.


Zinklamellensysteme sind dank verschiedener Applikationsverfahren nicht nur bei Massenkleinteilen, sondern auch bei Chassis-Komponenten einsetzbar.

Das anschließende Beschichtungsverfahren erfolgt je nach Größe und Geometrie der Bauteile mit verschiedenen Applikationstechniken. Die Teile können entweder mit dem vorbereiteten Beschichtungsmaterial besprüht oder in einen befüllten Behälter getaucht werden. Bei letzterem werden Schüttgut oder Gestellware eingetaucht und anschließend zentrifugiert, um überschüssiges Beschichtungsmaterial zu entfernen. Teile mit geeigneter Geometrie können auch mittels Tauch-Ziehen effizient beschichtet werden. Durch das Eintauchen in den Beschichtungsstoff und definiertes Herausziehen ist das Beschichten von Außen- und Innenseite von beispielsweise Rohren in einem Prozessschritt möglich – vorausgesetzt, die Teile haben genügend Öffnungen, damit das Material wieder ablaufen und Lufteinschlüsse vermieden werden können. Bei allen Applikationen bildet das Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche der Teile idealerweise eine uniforme Schicht.

Es folgt ein Vortrocknen und im Anschluss das Einbrennen im Ofen. Die Temperatur-Zeit-Konstellation hängt vom Beschichtungsmaterial und Produkt ab. Beim Einbrennen wird die Beschichtung vernetzt und eine gleichmäßige, haftfeste und trockene Schicht entsteht. Die Vernetzung erfolgt bereits bei relativ geringen Einbrenntemperaturen. Ein Vorteil, da die Eigenschaften einiger Eisenwerkstoffe ab etwa 220°C verändert werden, was bei flexiblen Bauteilen wie beispielsweise Klammern oder Federn von Bedeutung ist. Den Abschluss des Beschichtungsverfahrens bildet das Kühlen.

Einflussfaktoren im Beschichtungsprozess

Es gibt verschiedene Parameter, die bei allen Beschichtungsverfahren den Prozess beeinflussen können. Zu den wichtigsten gehören Viskosität und Festkörpergehalt des Lackes sowie die Temperatur von Lack, Bauteil und Umgebung. Aber auch Eintauchdauer, Schleudergeschwindigkeit und Korbdurchmesser können bspw. die Schichtdicke bei dem Tauch-Schleuder-Verfahren beeinflussen. Ebenso wirken sich Schleuderdauer, Schwenkweise und/oder Richtungsänderung auf die Qualität der Beschichtung aus. In der Spritzapplikation wiederum ist entscheidend wieviel Beschichtungsstoff pro Zeit und Fläche auf das Bauteil trifft, so dass typische Steuergrößen Luftdruck, Sprühstrahleinstellung und Materialausbringmenge sind. Auch hier hat die Konstruktion geeigneter Gestelle/Fixierungen entscheidenden Einfluss auf das Beschichtungsergebnis. 


Die eingekreiste Stelle zeigt: Nach 10 Zyklen ist ein Sturzlenker mit Zinklamellenbeschichtung ohne Rotrost (nach Steinschlag-Belastung gem. DIN EN ISO 20567-1 und Korrosionsschutzprüfung gem. VDA 233-102)

Wissen ist gut, Kontrolle besser

Um die stetige Qualität der Beschichtung und Prozesse zu garantieren, werden begleitende Prüfungen durchgeführt. Ermittelt und getestet werden dabei im Beschichtungsprozess die Eigenschaften des Beschichtungsstoffes (Viskosität, Festkörpergehalt, Verdünnung), die Steuergrößen der Applikationstechnik sowie anschließend die zu erzielenden Eigenschaften des beschichteten Bauteils (z. B. Korrosionsbeständigkeit oder Schichtstärke). Der Großteil der Prüfungen wird am Bauteil selbst vollzogen, um nachzuweisen, dass alle Anforderungen des Endkunden erfüllt werden.

Die Korrosionsbeständigkeit eines Bauteils kann in verschiedenen Verfahren gemessen werden. Neben dem Feldversuch unter realistischen Bedingungen bedient man sich häufig genormter Umweltsimulationen. Meistens wird die neutrale Salzsprühnebelprüfung gemäß DIN EN ISO 9227 oder ein kombinierter Klimawechseltest  angewandt, um festzustellen, wie lange es dauert, bis sich Weiß- oder Rotrost bildet (s. Abbildung 4).


Im Klimawechseltest werden extremste Anforderungen an ein Bauteil und seine Beschichtung simuliert.

Um verlässliche und belastbare Prüfergebnisse zur Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, sind die Temperaturen, der Reinheitsgrad des Salzes sowie die Qualität des Wassers genau festgelegt. 

Mit Hilfe eines Klebebandabrisstests wird zudem häufig die Haftfestigkeit der Beschichtung getestet. Eine weitere Methode hierfür ist die Gitterschnittprüfung. Wie bei anderen Prüfverfahren ist auch hier die Durchführung und Beurteilung in einer Norm definiert. Nicht zuletzt ist nachzuweisen, ob der geforderte Schichtaufbau erzeugt worden ist und wie gleichmäßig die jeweiligen Schichtstärken auf der Bauteiloberfläche vorliegen.

Fazit:

Die Qualität von Zinklamellensystemen wird durch verschiedene Beschichtungsmöglichkeiten und Prozessparameter beeinflusst. Normen und Prüfungen helfen aber dabei, eine dauerhaft hohe Qualität und Korrosionsbeständigkeit von Chassis-Teilen zu garantieren, die stets den individuellen Anforderungen entspricht.