Beizen und Passivieren als abschließende Oberflächenbehandlung von legierten Korrosionsschutzstählen

18.8.2020

Legierte Korrosionsschutzstähle werden in zunehmendem Maße überall dort eingesetzt, wo es notwendig oder vorteilhaft ist, Korrosionsschutzeigenschaften ohne mechanische Korrosionsschutzbarriere zu erreichen, indem nur ein geeignetes Material verwendet wird.

In diesem Zusammenhang stellt sich auch zunehmend die Frage nach der Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle. Korrosion tritt häufig in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht auf, aber auch in scheinbar intakten Bereichen, in denen Kohlenstoffmaterial angegriffen oder abgeschliffen wurde, in Fremdeinschlüssen in der Oberfläche und in Bereichen, in denen sich die chemische Zusammensetzung oder die Struktur der Materialoberfläche aufgrund thermischer, chemischer oder mechanischer Belastungen verändert hat.

Was ist die Ursache dafür?
In der Regel ist es eine defekte oder qualitativ minderwertige passive Schicht. Die Korrosionsbeständigkeit von legierten Korrosionsschutzstählen ist auf die mikroskopisch dünne Schicht von Oxiden der Legierungselemente, die so genannte Passivschicht, zurückzuführen. Die Defekte dieser Schicht werden am meisten verursacht durch

• thermische Beanspruchung im Bereich der Schweißnaht und ihrer Einwirkungszone oder andere thermische Beanspruchung
• mechanische Beanspruchung durch Abrieb, Anflug und Einpressen von Fremdmaterial
• chemische Beanspruchung

Wenn die Passivschicht in irgendeiner Weise beschädigt ist, muss die Bildung einer neuen hochwertigen Passivschicht sichergestellt werden. Voraussetzung für die Bildung einer einwandfreien und wirksamen Passivschicht ist eine metallisch saubere Oberfläche, die frei ist von Zunder und Anlauffarben nach dem Schweißen und der Wärmebehandlung, von Einschlüssen, Abrieb und Anflug von Kohlenstoff und anderen Fremdstoffen, von mechanischen Verunreinigungen einschließlich Farbmarkierungen und von alten, beschädigten Passivschichten.

Wie kann eine metallisch saubere Oberfläche erreicht werden?
In den meisten Fällen ist die chemische Reinigung, das so genannte Beizen, die geeignetste und wirksamste Methode.

Die mechanische Bearbeitung kann die Oberfläche nicht perfekt reinigen. Beim Schleifen wird zwar ein Teil des Zunders, der Anlauffarben und des Kohlenstoffmaterials entfernt, aber gleichzeitig wird das verbleibende Teil geschliffen und auf der gesamten Oberfläche verschmiert, und schon ein geringer Anstieg der Feuchtigkeit kann zu Korrosion führen. Das Schleifen mit stumpfen Werkzeugen, groben Körnungen und hohen Abtragsgeschwindigkeiten kann auf der Oberfläche stark beanspruchte Bereiche entstehen lassen, die in einer Umgebung mit höherem Chloridgehalt für Lochfraß anfällig sind. Beim Strahlen bleibt ein Teil des Strahlmittels in der Oberfläche stecken und der Schmutz und die kaputte Passivschicht, die wir ursprünglich entfernen wollten, bleiben darunter zurück. Auch dies führt nicht zu einer sauberen Metalloberfläche, außerdem vergrößert sich durch das Strahlen die Oberfläche um ein Vielfaches und damit die Korrosionsgefahr.

Mit dem Beizen hingegen kann eine perfekte, metallisch saubere Oberfläche auf praktisch jedem Produkt oder Gerät erzielt werden, und das zu einem erschwinglichen Preis, da es sehr variabel ist. Ein weiterer Vorteil des Beizens ist das einheitliche Erscheinungsbild der Oberfläche nach einer ordnungsgemäß durchgeführten Beizung.

Wie entsteht die Passivschicht?
Die Bildung einer Passivschicht erfolgt auf einer metallisch sauberen, gebeizten Oberfläche auf zwei Arten:

1. Die Reaktion der sauberen Metalloberfläche mit Luftsauerstoff führt innerhalb weniger Tage zur Bildung einer Passivschicht (sogenannte Selbstpassivierung). Diese Methode ist für die übliche Verwendung von legierten Korrosionsschutzstählen ausreichend.
2. Die Verwendung eines Passivierungsmittels führt unmittelbar zur Bildung einer Passivschicht, die um ein Vielfaches dicker ist als bei der Selbstpassivierung. Es wird für spezielle Anwendungen von legierten Korrosionsschutzstählen in der Energie- und Chemieindustrie usw. verwendet. Die Arbeitsweise bei der Verwendung der Passivierungslösung ist die gleiche wie beim Sprühbeizen, eventuell in einem Tauchbad (siehe unten).

Was ist der richtige Arbeitsablauf beim Beizen?
Das Beizen muss - unabhängig von der Art der Anwendung des Beizmittels - nach dem folgenden Schema erfolgen:

1. Entfettung der Oberfläche und Entfernung mechanischer Verunreinigungen.
2. Anwendung des Beizmittels.
3. Einwirkung des Beizmittels (die Einwirkzeit hängt hauptsächlich von der Art des legierten Korrosionsschutzstahls, dem Grad der Oberflächenverschmutzung und dem verwendeten Beizmittel ab).
4. Abspülen mit Wasser mit einem Druck von mindestens 12 MPa (der Druck ist wichtig, um das Beizmittel und den Schmutz auch von schwer zugänglichen Stellen perfekt abzuspülen). Beim Beizen von kleinen und einfachen Teilen kann anstelle von Druckwasser eine gründliche mechanische Reinigung mit einem Tuch oder einer Bürste unter Wasser verwendet werden.

Wie sieht die Oberfläche nach dem Beizen aus?
Die Oberfläche des legierten Korrosionsschutzstahls muss nach dem Beizen metallisch sauber sein und darf keine Spuren von Verunreinigungen jeglicher Art aufweisen (Rost, Rückstände von Kohlenstoffmaterial, Fremdeinschlüsse, Anlauffarben und Zunder nach Schweißen und thermischer Beanspruchung, mechanische Verunreinigungen). Das Beizverfahren mattiert und vereinheitlicht das Erscheinungsbild der Oberfläche.

Welche Beiz- und Passivierungsmittel sind zu verwenden?
Zu den bekanntesten und am häufigsten verwendeten Beizmitteln gehören die ANTOX-Produkte, die sich durch hohe Qualität, Effizienz und Ergiebigkeit auszeichnen. Alleiniger Vertreter dieser Marke ist unser Unternehmen FK system Brno, s.r.o.

Je nach der Art der Anwendung des Beizmittels kann das Beizen in drei grundlegende Methoden unterteilt werden:

• Beizen im Tauchbad
• Beizen mit Beizpaste
• Sprühbeizen

Alle drei Methoden sind im Wesentlichen gleichwertig, wenn sie richtig ausgeführt werden, aber das Beizen im Tauchbad ist in der Regel wesentlich billiger und die Oberfläche hat ein maximal einheitliches Aussehen.

• Beim Beizen im Tauchbad werden die Teile in ein Beizbad getaucht. Es wird für das Beizen von Teilen unterschiedlicher Größe und Form verwendet, wobei die Grenzen durch die Größe der Wanne und die Handhabungstechnik, manchmal sogar durch die Form des Teils, gesetzt sind. Zum Beizen im Tauchbad wir das Produkt ANTOX 80 E verwendet.
• Beim Beizen mit Pasten wird die Beizpaste mit einem Pinsel aufgetragen. Es eignet sich zum Beizen von Schweißnähten und Kleinteilen. Die Beizpasten ANTOX 71 E und ANTOX 71 E EXTRA sind für diese Beizmethode vorgesehen, ANTOX 3d für das Beizen polierter Teile.
• Beim Sprühbeizen wird das Beizgel durch Sprühen auf das Produkt aufgebracht, entweder mit einem speziellen Auftragsgerät oder mit einer einfachen Sprühflasche mit Pumpe (siehe Abbildung 2). Es wird zum Beizen großer Flächen verwendet. Es ist möglich, dem Beizmittel einen Farbindikator beizumischen, der die Unterscheidung zwischen besprühten und ungesprühten Flächen erleichtert. Für das Sprühbeizen sind die Beizgele ANTOX 73 E, ANTOX 73 E PLUS und ANTOX 73 E EXTRA vorgesehen.

Insbesondere ist es möglich, Beizen von Innenflächen von Rohrleitungen durch Tauchen im Beizbad einschließlich Entfetten und Beizen für Sauerstoffreinheit und Reinheit für die pharmazeutische Industrie durchzuführen.

Die Beizmittel sind nach ihrer chemischen Zusammensetzung gestaffelt und reichen vom geringsten Konzentrat (E) für das Beizen niedrig legierter Chromstähle über das mittlere Konzentrat (E PLUS) für austenitische Chrom-Nickel-Stähle bis zum hochkonzentrierten Konzentrat (E EXTRA) für das Beizen hoch legierter Stähle.

Sicherheit am Arbeitsplatz und Umweltschutz beim Beizen.
Beizmittel enthalten Salpetersäure HNO3 und Flusssäure HF. Sie werden daher als ätzende Stoffe und Gifte eingestuft. Die Arbeitnehmer müssen eine Arbeitsschutzschulung absolvieren. Es muss eine besondere Schutzausrüstung verwendet werden. Für das Beizen mit der Paste sind ein Gesichtsschutz, ein Gummioverall und Handschuhe ausreichend. Beim Sprüh- oder Tauchbadbeizen müssen eine Schutzmaske mit einem Filter gegen Säureausdünstungen und ein Vollgummianzug getragen werden.

Das Abwasser nach dem Beizen und Passivieren ist sauer und enthält aus dem Grundmaterial gelöste Metalle. Es muss daher aufgefangen und umweltgerecht entsorgt werden.

Kann jedes Unternehmen das Beizen und Passivieren selbst durchführen?
Das Endergebnis des Beizprozesses hängt von der Festlegung des richtigen technologischen und arbeitstechnischen Verfahrens, der Erfahrung der Arbeiter, der Qualität der technischen Ausrüstung, der Verwendung des richtigen und hochwertigen Beizmittels und anderen Faktoren ab. Zugleich müssen die Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften eingehalten werden. Eine Reihe von Rechts- und Umweltvorschriften müssen beachtet werden. Aus diesen Gründen können nur Unternehmen mit einer eigenen zugelassenen Spezialbeizanlage das Sprühbeizen und Passivieren von größeren Teilen oder das Tauchbadbeizen durchführen. Für Unternehmen ohne eigene Beizanlage empfehlen wir, kleinere Teile nur mit Paste oder Gel zu beizen.

Sprühbeizen und Tauchbadbeizen von größeren Teilen und Anlagen werden von unserem Unternehmen angeboten. Die Beizbäder befinden sich in Brno, das Sprühbeizen großer Teile können wir direkt beim Kunden oder am Montageort durchführen (siehe Abb. 3). Außerdem bieten wir einen umfassenden technischen und beratenden Service zu Fragen des Beizens und Passivierens. Die Arbeiten werden einschließlich der Erfassung und Entsorgung des Abwassers durchgeführt. Wir verfügen über alle Zertifikate und Genehmigungen für die Durchführung von Beizarbeiten beim Kunden oder am Montageort.

Wir haben die Beizung und Passivierung der prestigeträchtigsten Aufträge in der Tschechischen Republik und der Slowakei durchgeführt, einschließlich der kompletten Beizung von technologischen Anlagen und Tanks im KKW Temelín, im KKW Dukovany und im KKW Mochovce.

Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine hochwertige Beizung und Passivierung eine Garantie für die Korrosionsschutzfunktion und ein gleichmäßiges metallisches Aussehen der Produkte bietet, wenn die richtige Wahl des legierten Korrosionsschutzstahls für den jeweiligen Zweck getroffen wird.

Ing. Petr Kalný, FK system - povrchové úpravy, s.r.o.