Laagdikte, hechting en kwaliteitscontrole van industriële coatings

Waarom dikker niet beter is bij een warmtewisselaar

Bij een warmtewisselaar is de laagdikte van de coating een afweging, geen doel op zich. Elke micrometer coating is een extra laag die de warmte moet passeren. Een polymeer geleidt warmte veel slechter dan metaal, dus de thermische weerstand van de laag neemt rechtstreeks toe met de dikte. Bij een dunne film is die weerstand verwaarloosbaar naast de weerstand van vervuiling; bij een dikke laag wordt hij meetbaar en kost hij rendement.

Daar komen drie praktische bezwaren bij. Een dikke laag bouwt bij het uitharden inwendige spanningen op en scheurt of onthecht eerder bij temperatuurwisselingen. Op lamellen of in nauwe buizen zet een dikke laag de doorstroming dicht. En een dikke laag hardt minder gelijkmatig door, waarmee precies de dichtheid verloren gaat die bescherming moet bieden. Daarom wordt een phenol-epoxy inbrandcoating in meerdere dunne lagen opgebouwd, elk apart in de oven uitgehard. Hoe dat werkt, lees je in phenol-epoxy inbrandcoating uitgelegd.

De juiste laagdikte is dus de dikte die het metaal volledig afsluit, zonder meer. Bij onderdelen die geen warmte overdragen, zoals waterkasten en deksels, ligt dat anders. Daar mag een laag dik zijn, zoals bij rilsaneren.

Hoe wordt de laagdikte van een coating gemeten?

De laagdikte wordt in de praktijk op twee momenten gemeten: nat, direct na het aanbrengen, en droog, na uitharding.

• Natte laagdikte. Met een natte-filmkam: een gekarteld plaatje dat in de natte laag wordt gedrukt. De laatste tand die nat wordt, geeft de dikte aan. Dit is een snelle controle tijdens de applicatie.
• Droge laagdikte op staal. Met een magnetisch-inductieve meter. De sonde wordt op de coating geplaatst en meet hoe sterk het magnetisch veld door de laag wordt verzwakt; dat is een maat voor de afstand tot het staal.
• Droge laagdikte op koper, aluminium en roestvast staal. Met een wervelstroommeter. Die wekt in het niet-magnetische metaal een wervelstroom op en leidt uit de respons de laagdikte af. Veel moderne meters combineren beide principes.

Op een pijpenbundel of lamellenpakket is meten op elke plek onmogelijk. Daarom wordt gemeten op representatieve, bereikbare vlakken, zoals pijpenplaat, mantel en buiseinden, en op meegecoate proefplaatjes van hetzelfde materiaal die het hele proces doorlopen. Zo'n proefplaatje is ook de plek waar hechting en dichtheid destructief getest kunnen worden zonder het werkstuk te beschadigen.

Hechting: moleculair versus mechanisch

Hechting is de kracht waarmee de coating aan het metaal vastzit. Die kracht ontstaat op twee manieren, die elkaar aanvullen.

Mechanische hechting is verankering: de vloeibare coating vloeit in de ruwheid van het oppervlak en zit na uitharding vast als een sleutel in een slot. Stralen maakt het oppervlak ruw en vergroot daarmee deze vorm van hechting. Het werkt goed op vrije vlakken, maar niet aan de binnenzijde van buizen en tussen lamellen, waar het straalmiddel niet komt.

Moleculaire hechting is binding: polaire en reactieve groepen in de hars gaan een interactie aan met de metaalatomen en de dunne oxidelaag aan het oppervlak. Deze hechting vraagt geen ruwheid, maar wel een volkomen schoon en chemisch actief oppervlak. Een moleculair dunne laag vet, een losse oxidehuid of achtergebleven straalmiddel is genoeg om de binding te blokkeren. Chemisch voorbehandelen (ontvetten, beitsen, passiveren) maakt het oppervlak precies zo actief, ook op schaduwplekken. Daarom hecht een inbrandcoating op een chemisch voorbehandelde warmtewisselaar extreem sterk. Lees waarom voorbehandeling de hechting bepaalt.

Poriën en pinholes: kleine gaten, grote gevolgen

Een porie of pinhole is een microscopisch gat in de coating dat tot het metaal doorloopt. Het ontstaat door luchtinsluiting, door oplosmiddel dat tijdens het uitharden ontsnapt, door stof of vet op de ondergrond, of door een te dikke laag die aan de buitenkant eerder dichtgaat dan van binnen. Elke pinhole is een plek waar het medium het metaal bereikt.

In een koelwatersysteem is dat extra ongunstig. Door de pinhole ontstaat een klein blootliggend metaaloppervlak, omringd door een groot gecoat oppervlak. Alle corrosiestroom concentreert zich op die kleine plek, zodat de aantasting daar snel en diep is (putcorrosie). Bij verschillende metalen in zeewater komt daar galvanische corrosie bij. Een coating met pinholes kan dus plaatselijk slechter presteren dan geen coating. De opbouw in meerdere dunne lagen is de belangrijkste maatregel: de kans dat een porie door alle lagen heen op dezelfde plek zit, is klein.

Hoe hechting en dichtheid gecontroleerd worden

Voor hechting en dichtheid bestaan beproefde controlemethoden. Hechting wordt op een proefplaatje getest met een ruitjessnede (een raster van sneden door de coating, waarna gecontroleerd wordt of er stukjes loslaten) of met een trekproef, waarbij een stempel op de coating wordt gelijmd en losgetrokken en de benodigde kracht wordt gemeten. Dichtheid wordt getest met een poriëntest of holiday-detectie: bij dunne lagen met een natte spons onder lage spanning, bij dikke lagen met een hoogspanningsborstel. Waar de coating onderbroken is, sluit het circuit en geeft de detector een signaal.

Welke methode en welke norm gelden, hangt af van het coatingsysteem en van de afspraak met de opdrachtgever. Vraag bij een offerte altijd na welke controles standaard zijn en of een meetrapport meegeleverd wordt.

Waarom gelogde procesparameters belangrijker zijn dan een eindmeting alleen

Een eindmeting zegt iets over de plekken waar je kunt meten. De kwaliteit van een inbrandcoating in de kern van een koelblok of diep in een pijpenbundel kun je niet nameten; die moet je afdwingen met een beheerst proces. Daarom zijn de procesparameters de eigenlijke kwaliteitsborging: temperatuur en concentratie van de voorbehandelingsbaden, spoelkwaliteit, droogtijd, oventemperatuur en oventijd per laag, en de omstandigheden tijdens het aanbrengen.

Als die parameters bij elk werkstuk binnen de vastgestelde grenzen blijven en worden vastgelegd, is het eindresultaat reproduceerbaar: dezelfde vernetting, dezelfde laagdikte en dezelfde hechting, ook op plekken die niemand kan nameten. Bij Novocoatings worden tijdens alle processen continu parameters gecontroleerd en gelogd, zodat een zeer stabiel eindproduct ontstaat. Elke fase, van voorbereiding tot eindcontrole, wordt gevolgd door kwaliteitscontroles en tests. Welke tests dat voor jouw installatie zijn, bespreek je bij de aanvraag; zie inbrandcoatings.

Wat betekent dit voor jouw installatie?

Beoordeel een coatingaanbieding niet op de laagdikte alleen. Vraag naar de opbouw in lagen, de manier van voorbehandelen, de controle op hechting en poriën en vooral naar de procesbeheersing: worden de parameters gemeten en vastgelegd? Een dunne, dichte, goed gehechte laag op een contaminatievrije ondergrond beschermt een warmtewisselaar beter en langer dan een dikke laag op een twijfelachtige ondergrond. Meer over de systemen zelf lees je in het thema industriële coatings. Wil je weten hoe dit bij jouw koeler wordt aangepakt, neem dan contact op via het contactformulier.