Contaminatie en schaduwzijden: waar coatings het eerst falen

Wat is contaminatie onder een coating?

Contaminatie is alles wat tussen de coating en het metaal zit en daar niet hoort: vet, olie, zouten, oxiden, stof, achtergebleven straalmiddel, resten van oude coating of spuitnevel van een eerdere laag. Het gaat vaak om hoeveelheden die je niet ziet. Een zoutnest van een tiende millimeter of een film olie van enkele moleculen dik is genoeg om de hechting plaatselijk te verbreken.

Contaminatie is zelden gelijkmatig verdeeld. Ze concentreert zich op de plekken die bij reiniging en voorbehandeling het moeilijkst te bereiken zijn, en diezelfde plekken zijn bij het coaten ook het moeilijkst te bereiken. Daarom faalt een coating niet willekeurig, maar volgens een patroon dat de geometrie van het werkstuk volgt. Dit artikel hoort bij het thema voorbehandeling; wat contaminatie op moleculair niveau met de hechting doet, lees je in waarom voorbehandeling de hechting bepaalt.

Schaduwzijden: waar straalmiddel en spuitnevel niet komen

Een schaduwzijde is elk deel van het oppervlak dat vanuit de bewerkingsrichting niet rechtstreeks te raken is. Bij stralen is dat letterlijk de schaduw van de straal; bij spuiten de schaduw van de spuitnevel. In een pijpenbundel staan honderden buizen achter elkaar: de voorste rij vangt de straal op, de achterzijde van elke buis en alles daarachter blijft onbehandeld of wordt alleen schampend geraakt. Een schampende straal reinigt slecht en maakt nauwelijks ruwheidsprofiel.

In een lamellenpakket is de schaduw nog groter. De lamellen staan op enkele millimeters van elkaar en reiken tientallen centimeters diep. Wat je van buiten ziet, is een fractie van het oppervlak; de rest ligt in de kern van het blok. Een box cooler met U-buizen heeft de binnenbocht van elke U en de ruimte tussen de benen als schaduwzijde. Waarom stralen hier zijn grens bereikt, staat in stralen van metaal.

Spleten, overlappen en de binnenzijde van buizen

Spleten zijn de plekken waar twee delen elkaar bijna raken, en ze zijn voor elke voorbehandeling een probleem. In een warmtewisselaar zitten ze overal: de overgang van buis naar pijpenplaat, de voet waar een lamel om de buis sluit, de rand van een keerschot, de las- of soldeernaad van een verzamelbuis. Door capillaire werking trekken spleten vloeistof en vuil naar binnen en houden ze het vast. Zout en zuurrest die daar achterblijven, komen bij het drogen niet meer weg.

De binnenzijde van buizen is een geval apart. Een buis van enkele meters lang en een paar centimeter doorsnede heeft binnenin een groot oppervlak dat vanaf de uiteinden niet te zien en nauwelijks te bereiken is. Snijolie en trekvet uit de fabricage zitten juist daar. Bij gebruikte koelers komen daar aanslag, slib en biologische resten bij. Alleen iets wat door de buis stroomt, kan dat oppervlak schoonmaken en daarna coaten.

Achtergebleven straalmiddel en stof

Straalmiddel dat na het stralen in het werkstuk achterblijft, is een vorm van contaminatie die drie keer schade doet. Ten eerste vormen ingesloten korrels onder de coating holtes waarin vocht zich verzamelt; vandaar begint onthechting. Ten tweede roest ijzerhoudend straalmiddel op koper, koper-nikkel of roestvast staal en wekt het galvanische corrosie op, zie het artikel over galvanische corrosie. Ten derde raken losse korrels in bedrijf los en komen ze met het koelwater in pompen, kleppen en andere apparatuur terecht.

Straalstof is subtieler. Het is fijn gebroken straalmiddel en afgeslagen oxide dat zich elektrostatisch aan het oppervlak hecht. Afblazen met perslucht verwijdert het grove deel, maar laat een film achter die de coating van het metaal scheidt. Op een vlak deksel is dat beheersbaar; in een bundel of een lamellenpakket niet, omdat het stof zich daar in dezelfde schaduwzijden en spleten verzamelt als de korrels.

Waarom een vloeistofproces hier in het voordeel is

Een vloeistof heeft geen zichtlijn nodig. Ze stroomt in buizen, vult spleten door dezelfde capillaire werking die het vuil erin trok, en bereikt de kern van een lamellenpakket langs alle lamellen tegelijk. Wat ze oplost, vet, oxiden, zouten, neemt ze mee naar buiten. Een spoelstap met schoon water haalt daarna ook de laatste resten chemie weg. Er wordt niets in het werkstuk geschoten, dus er kan ook niets achterblijven.

Dat is de reden dat warmtewisselaars chemisch worden voorbehandeld en niet gestraald. Novocoatings doet dat in een eigen, circulaire wasstraat waarin het werkstuk volautomatisch wordt voorgespoeld, ontvet, gebeitst, gepassiveerd en nagespoeld, gevolgd door een gecontroleerde droogsessie. Het vloeistofproces bereikt elke schaduwzijde en hoek die met stralen onbereikbaar is, en laat een contaminatievrije ondergrond achter. De stappen staan in het artikel over chemisch voorbehandelen en op de pagina voorbehandeling. Hetzelfde principe geldt daarna voor het coaten: bij lamellenkoelers wordt de coating met de overvloeimethode aangebracht, zodat alle lamellen tot in de kern egaal gecoat worden.

Hoe herken je contaminatie bij inspectie?

Contaminatie onder een coating verraadt zich door het patroon van de schade: altijd op dezelfde soort plekken, nooit willekeurig. Let bij een inspectie op het volgende.

• Blazen: ronde, vaak met vloeistof gevulde verhogingen in de laag, gegroepeerd in spleten of aan de voet van lamellen. Wijzen op zouten of zuurrest.
• Roestpuntjes op vaste plekken: kleine bruine punten aan de achterzijde van buizen of op de kern van een bundel, terwijl de voorzijde gaaf is. Wijzen op onbehandelde schaduwzijden of doorstekende profielpieken.
• Kratertjes en terugtrekkende laag: plekken waar de coating bij het uitvloeien is weggetrokken. Wijzen op vet of olie.
• Ruw, korrelig oppervlak onder de laag: ingesloten straalmiddel. Vaak voelbaar vóór het zichtbaar is.
• Roeststrepen stroomafwaarts: lopende bruine sporen vanaf een spleet of bocht. Wijzen op ijzerhoudend straalmiddel of achtergebleven korrels die zijn gaan roesten.
• Onthechting bij een hechtingstest: bij een ruitjesproef of afrekproef breekt de laag op het grensvlak met het metaal en is de onderkant van de coating glad of vettig.

Een boroscoop door de buizen en een goede lamp langs de pijpenplaat brengen de meeste schaduwzijden in beeld. Bij twijfel geeft een hechtingstest op een onopvallende plek uitsluitsel.

Wat betekent dit voor jouw installatie?

Beoordeel een coatingaanbod op de plekken die je niet ziet. Vraag hoe de binnenzijde van de buizen, de kern van het lamellenpakket en de spleten bij de pijpenplaat worden gereinigd, en wat er na de voorbehandeling in het werkstuk achterblijft. Een gecoate koeler die op de schaduwzijden faalt, is in bedrijf niet beter dan een ongecoate, maar wel duurder. Vertoont een bestaande koeler de patronen uit dit artikel, dan is hij meestal nog te redden: via het refit programma wordt hij gereinigd, ontlakt, geïnspecteerd, opnieuw chemisch voorbehandeld, gecoat en afgeperst.