‘In de wereld van industriële coatingprocessen vormt metaalvoorbehandeling nog altijd de basis voor duurzame corrosiebescherming en betrouwbare lakhechting. Hoewel de zichtbare eind laag vaak de meeste aandacht krijgt, wordt de uiteindelijke prestatie van een coatingsysteem in grote mate bepaald door wat zich daaronder bevindt: de conversielaag.’ Winfrey Humme, Chemical Coordinator metal pretreatment bij Kluthe Benelux, legt uit.
De afgelopen decennia heeft de technologie rond conversielagen een duidelijke evolutie doorgemaakt. Waar traditionele fosfateersystemen jarenlang de industriestandaard vormden, verschuift de markt de laatste jaren steeds nadrukkelijker richting dunnelaag systemen op basis van silaan/titaan. Die ontwikkeling wordt gedreven door steeds strengere milieuwetgeving, hoge energie en/of gas kosten en de behoefte aan flexibele multi-metaalprocessen.
De functie van conversielagen
Een conversielaag ontstaat door een gecontroleerde chemische reactie tussen het metaaloppervlak, het substraat, en de chemie. Tijdens dit proces wordt het oorspronkelijke oppervlak gedeeltelijk of volledig omgezet in een nieuwe, functionele laag met specifieke eigenschappen. De conversielaag vormt daarmee letterlijk de chemische brug tussen substraat en coating.
Binnen industriële toepassingen worden conversielagen toegepast op uiteenlopende materialen, waaronder staal, verzinkt staal, aluminium en steeds vaker multi-metaalconstructies. Vooral die laatste categorie stelt hoge eisen aan moderne voorbehandelingssystemen, omdat verschillende metalen binnen één proceslijn compatibel moeten blijven.
Klassieke fosfateertechnologieën
IJzerfosfatering
IJzerfosfatering behoort tot de oudste en eenvoudigste conversietechnologieën in de sector. Het proces genereert een relatief dunne amorfe laag van circa 250 – 1000 mg/m² op staaloppervlakken.
Het proces is populair vanwege de eenvoud van de lijn die nodig is voor een ijzerfosfaat. In het kleinste geval en voor de meest simpele toepassing kan er al gewerkt worden met een twee fase systeem. Dit kan uitgebreid worden naar een vijf fase systeem als er meer kwaliteitseisen gevraagd wordt vanuit de klant/markt.
Hoewel het proces relatief eenvoudig is, blijft de corrosieweerstand relatief beperkt ten opzichte van modernere systemen. Vooral bij buitentoepassingen of hoge duurzaamheidseisen voldoet ijzerfosfaat steeds minder aan actuele specificaties. Gesteld kan worden dat ijzerfosfaat toepassingen worden gekozen voor “binnentoepassingen”.
Zinkfosfatering
Zinkfosfatering geldt nog altijd als de industriële referentie voor hoogwaardige corrosiebescherming. Tijdens het proces ontstaat een kristallijne fosfaatstructuur die uitstekende hechting biedt voor lak- en poedercoatings. De technologie wordt veel toegepast in de automotive, maar ook in de zware industrieën en infrastructuur
Toch kent de technologie ook duidelijke nadelen. Het proces vereist doorgaans hogere temperaturen en produceert aanzienlijke hoeveelheden slib. Bovendien zijn waterverbruik, onderhoud en afvalwaterbehandeling relatief intensief.
De opkomst van dunnelaag systemen
Een van de belangrijkste ontwikkelingen binnen moderne metaalvoorbehandeling is de opkomst van dunne nano-keramische conversielagen op basis van zirkoon, silaan/titaan ook wel “dunnelaag technologie” genoemd.
In tegenstelling tot fosfateersystemen werken deze processen met extreem dunne laagdiktes, vaak in het nanometerbereik. Ondanks die beperkte laagopbouw kunnen ze uitstekende hechting en corrosieprestaties leveren.
Deze technologie biedt vele voordelen zoals lagere proceskosten, minder afval en chemicaliën verbruik en het is inzetbaar voor meerdere substraten. Een bijkomend voordeel is de compactere procesopbouw. Omdat vaak minder processtappen nodig zijn, kunnen sproei installaties, in de meeste gevallen, kleiner en energie-efficiënter worden ontworpen.
Hoewel dunnelaag systemen eenvoudiger lijken, stellen ze wel hoge eisen aan procescontrole. Kleine afwijkingen kunnen direct invloed hebben op laagvorming en corrosieprestaties. Daardoor neemt het belang van continu monitoring en automatische dosering steeds verder toe.
Ook de samenstelling van het substraat speelt een grote en belangrijke rol. Aluminiumlegeringen, verzinkte substraten en diverse stalen reageren elk anders op de conversie. Hierdoor staat de ontwikkeling van dunnelaag systemen nooit stil.
Digitalisering van voorbehandeling
Zoals eerder vernoemt, speelt naast chemische innovatie speelt digitalisering een steeds grotere rol. Processen die in geautomatiseerd zijn, worden aangestuurd door sensoren die continu in contact staan met de procesvloeistof. Door er geselecteerde waardes aan te hangen, weet het systeem wat en hoeveel erbij gedoseerd moet worden.
Hierdoor kunnen afwijkingen sneller worden gedetecteerd en blijft processtabiliteit beter beheersbaar. Vooral bij dunnelaag conversie is die controle essentieel, omdat kleine variaties directe invloed hebben op eindprestaties.
‘Middels het Hakucare Digital Platform, zijn wij continue in staat de procesvloeistof binnen de gestelde parameters te houden. Het systeem kan remote worden aangestuurd. De verkregen waardes vanuit het proces worden opgeslagen en dienen voor verdere procesoptimalisaties. Ook bij eventuele kwaliteitsdiscussies kan men op deze waardes terugvallen.’, aldus Winfrey Humme.