Waarom voorbehandeling de hechting van een coating bepaalt

Wat is hechting van een coating?

Hechting is de kracht waarmee een coating aan de ondergrond vastzit, en die kracht ontstaat op twee manieren tegelijk: moleculair en mechanisch. Moleculaire hechting (adhesie) komt tot stand doordat de polymeren in de coating in direct contact komen met de metaalatomen en de dunne oxidelaag aan het oppervlak. Daar werken aantrekkingskrachten tussen moleculen en, bij reactieve systemen zoals phenol-epoxy, ook chemische bindingen. Mechanische hechting ontstaat doordat de vloeibare coating in de ruwheid van het oppervlak vloeit en daar na uitharding in verankerd zit.

Beide vormen hebben één ding gemeen: ze vragen direct contact tussen coating en metaal. Alles wat daartussen zit, hoe dun ook, verzwakt de verbinding. Daarom is voorbehandeling geen voorbereiding naast het coaten, maar het fundament ervan. Dit artikel hoort bij het thema voorbehandeling en gaat over wat er precies misgaat als de ondergrond niet schoon is.

Waarom hechting op moleculair niveau begint

Een coating hecht alleen daar waar hij het oppervlak werkelijk raakt, en op moleculaire schaal is dat strenger dan het oog ziet. De afstand waarover intermoleculaire krachten werken is minder dan een nanometer. Een filmpje olie van enkele moleculen dik is onzichtbaar, maar houdt de coating al buiten die afstand. De coating hecht dan aan de olie in plaats van aan het metaal, en olie hecht nergens aan.

Daar komt bij dat een vloeibare coating het oppervlak moet bevochtigen om contact te maken. Op een schoon, actief metaaloppervlak vloeit een coating uit en volgt hij elke oneffenheid. Op een vervuild oppervlak trekt hij samen, laat hij kratertjes achter of blijft hij op de verontreiniging drijven. Bevochtiging is goed te zien: een waterdruppel die op blank metaal uitvloeit, wijst op een schone ondergrond. Een druppel die als een parel blijft staan, wijst op vet.

Wat doen olie, vet en los vuil met de hechting?

Olie en vet vormen een scheidingslaag: de coating hecht aan het vet en het vet hecht niet aan het metaal. Warmtewisselaars komen uit de fabricage met snijolie, trekvet van het buizen trekken, conserveringsolie en vingervet. Gebruikte koelers brengen daar olie uit het proces, slib en biologische resten bij. Een deel daarvan zie je; het dunne restfilmpje na een oppervlakkige reiniging zie je niet.

Los vuil, zoals stof, spaanders en droge aanslag, werkt anders. De coating hecht wel aan het vuil, maar het vuil zelf zit los. Onder belasting breekt de verbinding niet in de coating en niet in het metaal, maar in die zwakke tussenlaag. Het resultaat is hetzelfde: een laag die er goed uitziet en toch loslaat.

Oxiden, walshuid en roest: een laag die zelf loslaat

Walshuid is de harde, blauwgrijze oxidelaag die bij het warmwalsen op staal ontstaat, en hij is de klassieke oorzaak van vroegtijdig falen. Walshuid zit aanvankelijk vast, maar hij is bros, zet anders uit dan het staal eronder en is edeler dan dat staal. Op elke barst in de walshuid ontstaat een galvanisch element waarbij het staal eronder versneld corrodeert. Een coating over walshuid hecht dus aan een laag die vroeg of laat loskomt, en die neemt de coating mee.

Roest en losse oxiden op koper, messing en aluminium gedragen zich vergelijkbaar: poreus, los en vochtvasthoudend. Een dunne, dichte en goed hechtende oxidelaag is juist gewenst; daar gaat het artikel over passiveren over. Het verschil zit in de dichtheid en de hechting van de oxidelaag zelf. Hoe roest en oxidatie ontstaan, lees je in wat is corrosie.

Zouten en stof: onzichtbaar, maar beslissend

Zouten zijn de meest onderschatte verontreiniging, omdat ze onzichtbaar zijn en omdat ze pas na het coaten hun werk beginnen. Chloriden uit zeewater, brak water en zoute lucht, en sulfaten uit industriële dampen, blijven als kristallen op en in het oppervlak achter. Ze zitten in putjes, onder oxiden en in spleten, waar borstelen en zelfs stralen ze niet weghalen. Alleen oplossen en wegspoelen helpt.

Zodra er een coating overheen zit, trekken die zoutkristallen water aan. Elke coating laat een kleine hoeveelheid waterdamp door; bij een zoutnest onder de laag ontstaat een geconcentreerde zoutoplossing die de laag omhoog drukt. Dat is osmotische blaasvorming, en het is de reden dat een schijnbaar perfecte coating na maanden in zeewater alsnog blazen vertoont. Stof en achtergebleven straalmiddel werken minder chemisch, maar vormen holtes en zwakke punten waar vocht zich verzamelt.

Hoe faalt een coating zonder goede voorbehandeling?

Een coating op een slecht voorbehandelde ondergrond faalt op drie manieren, en die versterken elkaar.

Kenmerkend is dat de schade zelden direct zichtbaar is. Bij de eindcontrole hecht de coating nog en ziet de laag er goed uit. Pas na weken of maanden in bedrijf, onder invloed van temperatuur, water en stroming, komen de zwakke plekken naar boven. Daarom wordt vrijwel elke voortijdige coatingschade bij onderzoek teruggevoerd op de ondergrond en niet op de coating zelf.

Waarom hechting bij warmtewisselaars extra telt

Een warmtewisselaar belast zijn coating zwaarder dan een stilstaand onderdeel. Het metaal zet uit en krimpt bij elke temperatuurwisseling, het medium stroomt met kracht langs het oppervlak en het water is vaak zout, warm of chemisch belast. Een zwakke plek in de hechting krijgt dus voortdurend aan zijn eigen rand getrokken.

Daar komt de geometrie bij. Pijpenbundels, lamellenpakketten en U-buizen zitten vol schaduwzijden en spleten die moeilijk schoon te krijgen zijn. Juist daar blijft vet, zout of straalmiddel achter en juist daar faalt de coating het eerst. In het artikel over contaminatie en schaduwzijden lees je hoe je dat bij inspectie herkent. En omdat een coating voor een warmtewisselaar dun moet blijven om warmte te geleiden, is er geen dikke laag die kleine fouten in de ondergrond kan maskeren.

Wat betekent dit voor jouw installatie?

Bij de keuze van een coating hoort de vraag hoe de ondergrond wordt voorbehandeld, en die vraag weegt minstens zo zwaar als de keuze van het coatingsysteem. Vraag naar de stappen, naar de manier waarop schaduwzijden worden bereikt en naar wat er na de voorbehandeling in het werkstuk achterblijft. Novocoatings behandelt elke warmtewisselaar vóór het coaten chemisch voor in een eigen, circulaire wasstraat: voorspoelen, ontvetten, beitsen, passiveren, naspoelen en gecontroleerd drogen. Hoe dat werkt, staat op de pagina voorbehandeling en in het artikel over chemisch voorbehandelen. Op die ondergrond worden de phenol-epoxy inbrandcoatings in meerdere lagen aangebracht en in de oven uitgehard.