DE69211315T2

DE69211315T2 - Mehrschichtiger Überzug, sein Herstellungsverfahren und seine Anwendung

Info

Publication number: DE69211315T2
Application number: DE69211315T
Authority: DE
Inventors: Gerard Houis; Jean-Marc Pedeutour
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: KR100316831B1; US5356679A; HRP921444A2; MX9207310A; PL297097A1; CZ386092A3; CZ284302B6; RU2099444C1; SK386092A3; SI9200407A; BR9205159A; JPH06173020A; FR2685352B1; EP0549502B1; AU648452B2; ZA928902B; CA2086178C; ES2082731T3; AU3030992A; EP0549502A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Überzug. An erster Stelle betrifft sie einen mehrschichtigen Überzug auf der gesamten Oberfläche eines Eisenmetallelements.
Es sind Überzüge auf Basis von Erdöl-Bitumen für die Innenund Außenseite der Oberfläche von Wasserleitungselementen bekannt. Diese Überzüge sind kostengünstig, erfordern jedoch die Verwendung von Lösungsmitteln, wodurch die Brandgefahr steigt.
Die bekannten Überzüge, bei denen alle Schichten aus einer Zusammensetzung auf Basis von Epoxydpulver hergestellt werden, ergeben eine gute Korrosionsbeständigkeit. Die bedeutenden Schwankungen in der Dicke des Überzugs, insbesondere bei den Zusammenbaumaßen der Verbindungen (Dichtungsrillen, Zentrierdurchmesser) zwingen jedoch dazu, entweder die Anzahl der Gußmodelle mit verschiedenen Maßen in Abhängigkeit von den Überzügen zu vervielfachen, oder die Metallteile vor dem Aufbringen des Überzugs zu bearbeiten.
Diese Überzüge bestehen aus inertem Material, das eine Sperre gegenüber äußeren Elementen bildet; diese, so dick sie auch immer sein mag, erleidet Beschädigungen, durch die das Trägermaterial zum Vorschein kommt und in deren Bereich keinerlei Schutz mehr besteht, ganz zu schweigen von chemischen Reaktionen zwischen dem Überzug und seinem Träger. Dies gilt beispielsweise für Erdöl-Bitumen und Epoxydpulver. Damit dieser Schutz seine maximale Wirksamkeit entfaltet, muß das Bitumen oder das Epoxyd frei von Beschädigungen sein, die bis auf das Metall gehen.
Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, bilden sich Korrosions-Makrozellen, häufig auch "Makroelemente" genannt, die auf unterschiedliche vorhandene Beschädigungen zurückzuführen sind, wie z. B. auf durchgehende Verletzungen, Risse, Ablösungen, die, indem sie eine lokal begrenzte Depolarisierung des Eisens durch Senken des pH-Werts und Zugang depolarisierender Substanzen ermöglichen, inmitten von kathodischen Bereichen, die die passivierten Flächen darstellen, in denen der Überzug sich noch in engem Kontakt mit der Metallstruktur befindet, vereinzelte anodische Stellen eingrenzen. Von diesem Augenblick an kann, da das Verhältnis der kathodischen Fläche zur anodischen Fläche im allgemeinen groß ist, die Strommenge, die sich in diesen Makroelementen aufbaut, hoch sein, wenn eine aktive Depolarisierung der kathodischen Fläche möglich ist.
Diese Erfindung soll diese Nachteile beseitigen und das neue technische Problem lösen, das darin besteht, mit niedrigen Kosten einen Überzug für ein Wasserleitungs-Metallelement herzustellen, der die gesamte Oberfläche des genannten Elements bedeckt, also die Innen- und die Außenfläche, wobei das Aufbringen des Überzugs automatisiert werden kann.
Die durch die Erfindung gelöste technische Aufgabenstellung lautet dahingehend, daß das Metallelement mit seinem Überzug eine gute Festigkeit gegen die Korrosion aufweisen muß, die in sauren oder basischen Böden entsteht, als da sind zum Beispiel kalkhaltige, lehmige Böden oder phreatische Süß- oder Salzwasser.
Das überzogene Element muß desgleichen gegenüber den geführten Wassern wie z. B. Trinkwasser, enthärtetem Wasser, Abwasser oder Regenwasser korrosionsbeständig sein. Das überzogene Element darf auch keine Wanderung toxischer Substanzen aufweisen, oder solcher, die dem Wasser eine Färbung geben, oder solcher, die seinen Geschmack oder Geruch verändern.
Um niedrige Herstellungskosten zu erzielen, muß der Überzug alle funktionalen Formen des Metallelements wie z. B. Rillen und Ansätze bewahren, ohne daß nach dem Aufbringen des Überzugs noch Nachbearbeitungsvorgänge erforderlich werden.
Mit diesem Überzug muß Material gespart werden können, indem Überschüssiges wie z. B. ablaufendes Material oder Überdikken vermieden wird.
Ferner muß das erfindungsgemäße Element auch gegen die Korrosion durch Luft beständig sein, da es letzterer bei der Lagerung und beim Transport vor der Verlegung ausgesetzt ist.
Die Korrosion durch Luft hängt mit den atmosphärischen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen zusammen. Sie äußert sich in einer allgemeinen Korrosion der gesamten Oberfläche eines Metallelements, im Gegensatz zu der Korrosion durch Erdboden, die u. a. aus lokal begrenzten Zellenwirkungen besteht, wie oben erläutert.
Schließlich darf es bei dem erfindungsgemäßen Element auch keine Bildung von Korrosions-Makrozellen geben, und es muß daher haltbar gegen Stöße sein, die Beschädigungen verursachen, die die Quelle der Makrozellen sind.
Zu diesem Zweck besteht der mehrschichtige überzug auf der gesamten Oberfläche eines Eisenmetallelements für Wasserleitungssysteme vom Metallelement nach außen aus mindestens einer Umwandlungsschicht und einer Überzugsschicht aus warmaushärtendem Kunstharz von gleichmäßiger Dicke.
Bei einer Ausführungsvariante wurde die Umwandlungsschicht einer Passivierung unterzogen.
Ferner hat die Anmelderin erkannt, daß ein solcher Überzug eine sehr wirksame Korrosionsbeständigkeit besitzt, wenn die Umwandlungsschicht des erfindungsgemäßen Überzugs aus einem Zink-Eisen-Phosphatgemisch besteht.
Gemäß weiteren Merkmalen oder Varianten des Überzugs:
- ist die Passivierung eine Chrompassivierung,
- ist die Passivierung organisch,
- enthalten die organischen Passivierungsmittel Tanninsäure&sub1;
- ist das warmaushärtende Kunstharz ein Epoxyharz,
- weist er eine zusätzliche Schicht aus warmaushärtendem Kunstharz auf, die die erste Schicht aus warmaushärtendem Kunstharz bedeckt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs, wie oben beschrieben, auf die gesamte Oberfläche eines Eisenmetallelements. Das genannte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens die folgenden aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte umfaßt:
- ein chemisches Umwandlungsbadr
- einen Spülvorgang mit entmineralisiertem Wasser,
- einen Beschichtungsvorgang durch Galvanostegie in einem Bad, das aus einem Kunstharz in einem wässerigen Medium besteht,
- eine Polymerisierung des Kunstharzes.
Gemäß weiteren Varianten oder Merkmalen unterscheidet sich das Verfahren durch folgende Punkte:
- ein zusätzliches Passivierungsbad mit nachfolgendem Spülen mit entmineralisiertem Wasser zwischen den Schritten des Spülvorgangs mit entmineralisiertem Wasser und dem Beschichtungsvorgang durch Galvanostegie,
- Anreicherung der Flüssigkeit des Galvanostegiebades mit Kunstharz durch Ultrafiltration,
- Hinzufügen einer zusätzlichen äußeren Kunstharzschicht auf dern Metallelement,
- Aufbringen dieser zusätzlichen Kunstharzschicht durch elektrostatisches Aufstäuben auf kalte oder warme Metallelemente, durch elektrostatisches Aufspritzen, durch Eintauchen in ein fluidisiertes Bad oder durch Elektrophorese, mit nachfolgendem Ausbacken,
- das Aufbringen dieser zusätzlichen Schicht kann auch durch Zerstäuben der beiden Komponenten eines flüssigen Kunstharzes erfolgen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Anwendung eines Überzugs gemäß der obenstehenden Definition für die Beschichtung der gesamten Oberfläche eines Wasserleitungselements, das aus einer Metallegierung auf Eisen- und Kohlenstoffbasis besteht, wobei das genannte Metallelement eine ungleichmäßige Form hat und für die Beförderung von Wasser und für den Kontakt mit Erdböden geeignet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die nicht einschränkend ist und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei
- Fig. 1 ein Element mit erfindungsgemäßem mehrschichtigen überzug im Aufriß mit Teilschnitt zeigt,
- Fig. 2 ein Histogramm von Tests des Massenverlusts in der Zeit mit einem erfindungsgemäßen Überzug im Vergleich mit anderen Überzügen auf der gesamten Oberfläche eines Wasserleitungselements zeigt.
Das in Fig. 1 dargestellte Eisenmetallelement 1, ein Gußrohling, wird in einen Erdboden 2 gelegt. Es ist mit einem mehrschichtigen Überzug 5 beschichtet, der eine in Kontakt mit dem Metallelement 1 befindliche Umwandlungsschicht 3 aufweist, die von einer warmaushärtenden Kunstharzschicht 4 bedeckt ist. Die Dicke jeder dieser Schichten ist konstant und erhält die ursprüngliche Form des Elements 1, die an der Oberflche des Überzugs 5 bewahrt ist. Die Form des Elements 1 ist kompliziert, da es gebogen und an weitere Leitungselemente eines nicht dargestellten Wasserleitungssystems angeschlossen ist. Die Verbindung mit den anderen Elementen des Wasserleitungssystems erfolgt mittels einer Einsteckschäftung 6a oder 6b. Jede dieser Einsteckschäftungen 6a oder 6b (siehe die Patentanmeldung FR-A-2 647 520 auf den Namen der Anmelderin) weist an ihrem Eintrittsende nach einem Bund eine koaxiale Auskehlung auf, die aus einer leicht kegelstumpfförmigen Fläche besteht, auf die zum Grund der Einsteckschäftung 6a oder 6b hin eine zylinderförmige Fläche mit konstantem Durchmesser folgt, die in radialer Richtung nach innen an einer ebenen oder leicht kegelstumpfförmigen Fläche endet, die sich senkrecht zur Achse X-X oder X'-X' erstreckt.
Diese ebene Fläche wird zum Grund der Einsteckschäftung 6a oder 6b hin von einer konvexen Krümmung und einer kegelstumpfförmigen Fläche fortgesetzt, die sich schließlich an eine zylinderförmige Fläche mit einem Durchmesser anschließt, der kleiner ist als der Durchmesser der zylinderförmigen Fläche der Auskehlung der Einsteckschäftung 6a oder 6b.
Die genannte kegelstumpfförmige Fläche hat einen zum Grund der Einsteckschäftung 6a oder 6b hin offenen Konus.
Auf diese Weise ist die Innenfläche der Einsteckschäftung 6a oder 6b geeignet, einen Dichtungseinsatz aufzunehmen.
Die zylinderförmige Fläche endet am Grund der Einsteckschäftung 6a oder 6b in einem radialen Anschlag, der die Länge dieser zylinderförmigen Fläche begrenzt.
Das Element 1 wird mit der besonderen Form seiner Einsteckschäf tungen durch Formguß hergestellt. Sodann wird der Überzug 5 auf der gesamten Oberfläche des Eisenmetallelements 1, d. h. auf der Außenseite 7 und der Innenseite 8, aufgebracht. Dieses Aufbringen erfolgt mit einem Bad zur chemischen Umwandlung des Elements 1, einem Spülen mit entmineralisiertem Wasser, einem Passivierungsbad, einem Spülen mit entmineralisiertem Wasser und schließlich einem Beschichten durch Galvanostegie in einem Bad aus einem Kunstharz in einem wässerigen Medium,
Ferner wird die Flüssigkeit des Galvanostegiebades durch Ultrafiltration gespült.
Da die besondere Form des Elements 1 bewahrt wurde, ist es nicht erforderlich, Nachbearbeitungsgänge an dem beschichteten Element 1 vorzunehmen.
Ziel der Erfindung ist:
- das Aufbringen eines Überzugs 5 gemäß der obenstehenden Beschreibung zum Beschichten der gesamten inneren und äußeren Oberfläche eines Gußeisenelements einer Trinkwasserversorgungs leitung, und/oder
- das Aufbringen eines Überzugs 5 gemäß der obenstehenden Beschreibung auf die aus Gußeisen geformten Teile.
Fig. 2 zeigt als Histogramm das Ergebnis von Tests mit verschiedenen Überzügen, einem Überzug 9 auf Basis von Erdöl- Bitumen und einem Überzug 10, der aus einer Zusammensetzung auf Basis von Epoxydpulver hergestellt wurde.
Diese bekannten Überzüge 9, 10 werden mit dem erfindungsgemäßen Überzug 5 verglichen, dessen Umwandlungsschicht aus einem Zink-Eisen-Phosphatgemisch besteht.
Diese Tests bestehen darin, in einem Medium mit niedrigem elektrischen Widerstand (100Ω x cm) eine Beschädigung zu simulieren, die durch den Überzug 5, 9, 10 bis auf das Metall geht, wodurch ein elektrochemisches Moment entsteht, das aus einer Makrozelle, wie oben beschrieben, besteht.
Die Simulierung erfolgt an einem Teststück, das aus einem beschichteten Metallelement ausgeschnitten wurde.
In diesem Teststück wurde eine zylinderförmige Anode von der gleichen Beschaffenheit wie das Metallelement angeordnet. Die Anode ist in einer elektrisch isolierenden Hülle eingeschlossen, die nur eine der Endscheiben sichtbar läßt. Die Anode ist mit dem Teststück durch eine elektrische Verbindung verbunden, in die ein Mikro-Amperemeter geschaltet ist.
Es handelt sich um den Vergleich der Metall-Masseverluste an der Anode der drei Arten von Überzug nach 200 Tagen in einem Medium mit einem Widerstand von 100Ω x cm; dabei wird der Metallverlust in dem Histogramm auf der Ordinate in mm/Jahr dargestellt.
Diese Tests in einem Medium mit einem Widerstand von 100Ω x cm sind auch in der folgenden Tabelle dargestellt, in der der erfindungsgemäße Überzug mit einem Überzug auf Bitumenbasis in Testzeiten von 100, 158 und 200 Tagen und mit einem Überzug auf Epoxydbasis durch Aufstäuben auf kalte Teile in einer Testzeit von 200 Tagen verglichen wird. Der Metallverlust der Anode wurde in Abhängigkeit vom Stromdurchsatz berechnet (Korrosionsstärke).
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt: TABELLE 1 Medium Ω x cm Bezugsgröße Stromdurchsatz in µA nach Tagen Korros.-stärke (Basis T) in mm/Jahr Überzug auf Bitumbasis Epoxyd-Überz. d. Aufstäuben auf kalte Teile Erfindungsgemäßer Überzug
Diese drei Überzüge wurden mit den Testzeiten von 100, 158 und 200 Tagen auch in einem weniger aggressiven Medium verglichen. Der Metallverlust der Anode wurde in Abhängigkeit vom Stromdurchsatz berechnet (Korrosionsstärke).
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefaßt: TABELLE 2 Medium Ω x cm Bezugsgröße Stromdurchsatz in µA nach Tagen Korros.-stärke (Basis T) in mm/Jahr Überzug auf Bitumbasis Epoxyd-Überz. d. Aufstäuben auf kalte Teile Erfindungsgemäßer Überzug
Ferner wurden Messungen der Entwicklung des Korrosionsstroms durchgeführt, der aus den TAFEL'schen Geraden (µA/cm²) für den erfindungsgemäßen Überzug und einen Überzug ohne chemische Umwandlungsschicht bestimmt wurde. Die Tests wurden mit einer Dauer von 1 bis 4 Tagen, 30 Tagen und 145 Tagen durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefaßt: TABELLE 3 bis Tage Tage Überzug auf Basis von warmaushärtenden Kunstharz ohne chemische Umwandlungsschicht Überzug

Claims

1. Mehrschichtiger Überzug (5) über die gesamte Oberfläche eines Eisenmetallelements (1) für Wasserleitungen, wobei der Überzug (5) von dem Metallelement (1) nach außen aus mindestens einer Umwandlungsschicht (3) aus einem Zink-Eisen- Phosphatgemisch und einer Überzugsschicht (4) aus warmaushärtendem Kunstharz von gleichbleibender Dicke besteht.

2. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsschicht (3) einer Passivierung unterzogen wurde.

3. Überzug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung eine Chrompassivierung ist.

4. Überzug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung organisch ist.

5. Überzug nach Anspruch 41 dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Passivierungsmittel Tanninsäure enthalten.

6. Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das warmaushärtende Kunstharz ein Epoxyharz ist.

7. Überzug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zusätzliche Schicht aus warmaushärtendem Kunstharz aufweist, die die erste Schicht aus warmaushärtendem Kunstharz (4) bedeckt.

8. Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auf der gesamten Oberfläche eines Eisenrnetallelements (1), das mindestens die folgenden aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte umfaßt:

- ein chemisches Umwandlungsbad,

- einen Spülvorgang mit entmineralisiertem Wasser,

- einen Beschichtungsvorgang durch Galvanostegie in einem Bad, das aus einem Kunstharz in einem wässerigen Medium besteht,

- eine Polymerisierung des Kunstharzes.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen den Schritten des Spülvorgangs mit entmineralisiertem Wasser und dem Beschichtungsvorgang durch Galvanostegie mindestens die zwei folgenden Arbeitsschritte umfaßt:

- ein Passivierungsbad,

- einen Spülgang mit entmineralisiertem Wasser.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anreicherung der Flüssigkeit des Galvanostegiebades mit Kunstharz durch Ultrafiltration beinhaltet,

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallelement mit einer zusätzlichen äußeren Kunstharzschicht überzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schicht eine Pulverbeschichtung durch elektrostatisches Aufspritzen oder Eintauchen in ein fluidisiertes Bad mit nachfolgendem Ausbacken ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbeschichtung durch ein Aufspritzen der beiden Komponenten eines flüssigen Kunstharzes erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Elektrophorese mit nachfolgendem Ausbacken besteht.

15. Anwendung eines Überzugs (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Beschichtung der gesamten Oberfläche eines Wasserleitungselements, das aus einer Metallegierung auf Eisen- und Kohlenstoffbasis besteht, wobei das genannte Metallelement eine ungleichmäßige Form hat und für die Beförderung von Wasser und für den Kontakt mit Erdböden geeignet ist.

16. Anwendung eines Überzugs (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Beschichtung der gesamten inneren und äußeren Oberfläche eines Gußeisenelements einer Trinkwasserversorgungsleitung.

17. Anwendung eines Überzugs (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für die aus Gußeisen gegossenen Teile.