Klare Bäder - optimale Farben

June 3, 2024

Optimierte Badpflege für belastete elektrolytische Färbebäder auf Basis von Zinn(II)-Sulfat.

Lichtechte Farben von Champagne über Bronze bis hin zur Schwarz liegen im Trend. Doch mit zunehmendem Anteil an der Produktion im Eloxalbetrieb kann das zu Qualitätsproblemen durch die vermehrt entstehenden kollodialen Partikel führen, die sich an Anlagenkomponenten und Bauteilen ablagern.

Lichtechte Farben von Champagne über Bronze bis hin zur schwarz nehmen im Eloxalbetrieb zu. Das wiederum birgt durch die dabei vermehrt entstehenden kollodialen Partikel Herausforderungen, um Beschichtung Fehler zu vermeiden. Eine optimierte Filtration und Koagulation sind notwendig, um dauerhaft eine hohe Qualität und geringen Ressourcenverbrauch sicherstellen zu können. Colorbäder zum Einfärben von eloxiertem Aluminium auf Basis von Zinn(II)-Sulfat finden seit Jahrzehnten Verwendung in Eloxalbetrieben. Lichtechte Farben von Champagner über Bronze bis hin zu Schwarz werden mit diesen Bädern produziert. Waren eingefärbte, eloxierte Oberflächen lange Zeit hinsichtlich der Auftragslage nicht stark repräsentiert, so hat sich dies gerade in den letzten Jahren verändert.

Sehr häufig finden eingefärbte Oberflächen Verwendung in spezialisierten Anwendungen. Diese verbinden des Öfteren hohe optische Ansprüche mit den notwendigen technischen Eigenschaften an die schwarze Oberfläche. Hierzu zählen insbesondere der Korrosionsschutz, die isolatorischen Eigenschaften der Eloxalschicht und die physikalisch bekannte, bessere Wärmeabstrahlung von dunklen Oberflächen. Oftmals handelt es sich hierbei um große Losgrößen, die ihrerseits zu einer hohen Auslastung der Produktion und somit zu einer sehr hohen Belastung der Färbebäder führen.

Bei gut eingerichteten Färbebadinstallationen, gut eingestellten Färbelektrolyten und entsprechenden Gestellen können colorierte Oberflächen realisiert werden, die in der Dimension im Wesentlichen denjenigen des Eloxalbades entsprechen. Ferner konnten die Färbezeiten durch die Weiterentwicklung und die Verbesserung des Streuverhaltens, welches maßgeblich für die Farbtiefe und die Gleichmäßigkeit verantwortlich ist, deutlich reduziert werden. Dadurch konnten bei verschiedenen Betrieben Produktionen mit vier Warenträger-Chargen mit maximaler Eloxaloberfläche innerhalb einer Stunde dauerhaft über den Tag realisiert werden.

Herausforderung Instandhaltung der Bäder

In Abhängigkeit zum Einfärbeprozess entsteht mittels des Färbens mit Wechselstrom und durch die davon unabhängig fortlaufende luftsauerstoffbedingte Oxidation an der Oberfläche des Bades das ungewünschte Zinn(IV), welches schließlich im Colorbad als unlösliches Zinn(IV)-Dioxid (SnO2), als Sediment anfällt. Dieses Sediment, erkennbar als gelblich-weißer Niederschlag, ist von seiner Oberfläche der Partikel her so klein, dass sich kein schnelles Absetzen zum Badboden einstellt. Vielmehr verteilen sich die kolloidalen Partikel homogen im Bad und heften sich an alle medienberührten Komponenten im Colorbad. Wandungen des Behälters, Elektroden, sowie die Versorgungsleitungen werden nach und nach mit einer „Fellbildung“ überzogen und müssen regelmäßig manuell gereinigt werden.

Bei stark frequentierten Bädern kommt es durch die ständige starke Badbewegung, verursacht durch das Ein-und Ausfahren der Colorchargen, nicht zu dem natürlichen Absetzen des entstandenen kolloidalen Niederschlags. Die Partikel schwimmen vielmehr verteilt im Bad und führen nach Erreichen einer Konzentrationsschwelle auch zu Produktionsproblemen an den veredelten Oberflächen. Hier zeigen sich oftmals in Nuten oder in anderen „Ruhebereichen“ der Bauteile Zinn(IV)-Ablagerungen, die sich auch in den nachfolgenden Spülprozessen nicht entfernen lassen. Ein nachträgliches Reinigen der Oberflächen ist zeit- und somit auch kostenintensiv und bringt oftmals nicht den gewünschten Erfolg. Um diese Ablagerungen sicher auch ohne kostenintensive Teilerneuerungen zu vermeiden ist die Badpflege hier von außerordentlicher Bedeutung.

Klare Colorbäder verhindern Beschichtungsfehler

Nur optisch klare Colorbäder sind tatsächlich sedimentfrei und damit das einzige dauerhaft zuverlässige Gegenmittel gegen solche Fehlerbilder. In ähnlicher Weise gilt dies auch für die dem Aktivbad stets nachfolgende Color-Spüle. Denn in dieser fällt aufgrund des geringeren Säureanteils neben dem bereits erwähnten Zinn(IV)-Oxids auch das verschleppte Zinn(II)-Sulfat aus – welches als Zinn(II)-hydroxid SN(OH)2 ebenfalls zur Niederschlagsbildung  und zur Verschmutzung des Wassers beiträgt.

Übrigens ist es es ohne weiteres möglich, beide Prozessschritte zu pflegen, ohne zweimal in die Aufbereitungstechnik zu investieren. Durch entsprechende Installationsmaßnahmen ist es möglich, die Bäder und Spülen nacheinander zu pflegen. Ein Vorteil dieser ganzheitlichen Pflegemaßnahme ist eine deutliche Verringerung der chemischen Belastung der nachfolgenden Prozessschritte wie VE-Spülen und das Verdichten der Eloxalschicht.

Heißverdichtungen besonders sensibel

Insbesondere Heißverdichtungen, welche bewusst mit rückstandsfreiem vollentsalztem Wasser betrieben werden, reagieren besonders empfindlich auf eingeschleppte Metallverbindungen, die neben der unerwünschten Trübung auch einen höheren Chemikalienverbrauch bewirken. Um rückstandsfreie Oberflächen zu erhalten, werden Heißverdichtungen aufwendig und sehr teuer filtriert beziehungsweise im Neverdump-Verfahren, das heißt mit ständiger Teilerneuerung, betrieben, bei der im Überlaufverfahren das Verdichtungsmedium (98°C) durch kaltes VE-Wasser ersetzt und kostenintensiv aufgeheizt wird. In Heißverdichtungen ist die Bildung von zinnbasierten kolloidalen Niederschlägen und deren „Behandlung“ temperaturbedingt noch viel schwieriger und somit deutlich aufwendiger und oftmals auch erfolglos.

Die richtige Filtrationsmethode für Colorbäder und Spülbäder muss sorgfältig ausgewählt, dimensioniert und fachgerecht in allen Punkten installiert werden. Hierzu zählen insbesondere Filteroberfläche, Filtermedium, Strömungsvolumen, Koagulant zur Vermeidung und Behandlung kolloidaler Niederschläge und die fachgerechte Rückführung des Mediums in das Behandlungsbecken, um alle Partikel sicher erfassen zu können. Gelingt dies, lassen sich glasklare Colorbäder erzeugen, die in Ihrer Färbequalität optimale Ergebnisse hinsichtlich der Farbgebung und der Oberflächengüte liefern.

Entwickelt wurde das neue Färbeverfahren in einer deutsch-niederländischen Kooperation zwischen der Firma GMS-German-Surface-Technologies mit Sitz in Mendig und der Firma Corode, die Teil des Unternehmens KIN-Pompentechniek ist. Beide Firmen haben innerhalb der Kooperation schwerpunktbezogen an dem Projekt gearbeitet, wobei GMS hinsichtlich des Elektrolyten, des Koagulants sowie der Badinstallation den Schwerpunkt hatte, während Corode sich auf Auslegung und Konstruktion der Filtereinheit fokussierte.

Hier ist insbesondere zu erwähnen, dass aufgrund des schwefelsauren Bades alle medienberührten Teile nicht durch Schwefelsäure korrodieren können. Auch sind Durchflussmenge und Filterfläche so dimensioniert, dass sich lange Standzeiten der eigesetzten Filter ergeben und sich ein wasserdurchlässiger Filterkuchen aufbauen kann. Hier wurden Erfahrungswerte hinsichtlich der Filterstandzeit angewendet, die der Gesetzmäßigkeit folgen, dass eine Verdoppelung der Filterfläche eine quadratische Verlängerung der eingesetzten Filtermedien erwirkt. Somit ergibt sich eine wirtschaftliche Badpflegmaßnahme, die neben der spürbaren Verbesserung der Qualität auch die allgemeine Pflege des Colorbades erhöht. Wartungsintervalle werden dadurch deutlich reduziert.

GMS German
Metal Surface Technologies
www.gms-surface-technologies.com

Quellenangabe: MO - Magazin für Öberflächentechnik

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