Was ist eine Pulverbeschichtung?

10.10.2016

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Pulverbeschichtung und Korrosionsschutz – ein Widerspruch? Dr. Anton Grünberger – OFI / Wien

Oktober 2015

Inhalt

• Was ist eine Pulverbeschichtung? • Substrate, Pulverlack, Oberflächenvorbereitung bzw. vorbehandlung, Applikation, Einbrennvorgang, Eigenschaften

• Normen, Richtlinien • Fallbeispiele • Zusammenfassung www.ofi.at

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Zur Person •

Chemiestudium UNI Wien mit Schwerpunkt Analytik und Elektrochemie (Korrosion von Reifenstahlcorden)

•

Studium an der TU Wien mit Schwerpunkt organische Technologie (Beschichtungsstoffe)

•

Seit 1993 im OFI (akkreditiertes Prüfinstitut) mit Schwerpunkt Oberflächenanalytik, Schadensbeurteilung

•

Seit 1999 Allgemein beeideter und gerichtlich zertifizierter Sachverständiger (u.a. für „Beschichtungsstoffe“, Oberflächen- und Korrosionsschutz durch Beschichtungen)

•

Seit 2000 Leiter des OFI Lackinstitutes

•

Seit 2003 Gutachter für die DACH, DGA bzw. DAkkS

•

Seit 2004 Gutachter für die GSB International in Österreich, Tschechien und Ungarn

•

Seit 2010 Beschichtungsinspektor nach FROSIO (level III)

•

Mitarbeit in diversen Normengremien, Fachvorträge im In- und Ausland, Publikationen

•

Forensische Lackanalytik bei KFZ

Bei Fragen bzw. für weiterführende Informationen:

Tel.: 0664 5122493; E-Mail: [email protected]; http:www/ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung - Substrate

•

Substrate: • •

•

leitende bzw. leitend zu machende Werkstoffe: -> Metalle: Aluminium, Stahl, verzinkter Stahl MDF-Platten, temperaturstabile Kunststoffe, wie z.B. Skibindungen

Bei den Bedingungen der Vorbehandlung bzw. dem Einbrennvorgang (Objekttemperatur: ca. 20 Minuten bei 190°C): temperaturstabil www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack • Woraus besteht ein Pulverlack: •Harze (Polyesterharz, Epoxidharz, Acrylate, etc) •Härter (Vernetzer) •Pigmente

z.B. Harz

•Ergänzungsstoffe •Additive und Verarbeitungshilfsmittel • Gemäß RVS: •Stoff-Nr.: 16: 45-80% Bindemittelanteil •Stoff-Nr.: 17: 60-80% Bindemittelanteil z.B. Härter

z.B. Blaupigment

z.B. Ergänzungsstoff

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Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack

Mischen Einwaage Vermahlen

Extrusion

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Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack

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Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack

Vormischung

Extruderdüse

Kühlband

Chipsbehälter

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Chemische Verfahren für Stahl: • Eisenphosphatierung

Chemische Verfahren für Aluminium: • Grün- und Gelbchromatieren

• Zinkphosphatierung

• chromfreie Vorbehandlung

• Chromatieren für verz. Stahl

• Voranodisieren

• (Silanisierung) Im Tauch- bzw. Spritzverfahren bzw. Kombination anwendbar Mechanische Verfahren für Stahl: • Strahlen

Mechanische Verfahren für Aluminium: • Schleifen u. wischentfetten

• Schleifen • Sweepen für verz. Stahl In der Regel ist das Fassungsvermögen der chemischen Vorbehandlung bzw. das Gehänge der limitierende Faktor für die Größe der Bauteile, die beschichtet werden können; mir für Österreich bek. Pulverbeschichtung mit max.: L=13m / T=2,5m / H=3,6m / G=3000kg www.ofi.at

Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

CHEMIE • Zusammensetzung • Konzentration

TEMPERATUR • Schmelzpunkt Befettung • Reaktionsgeschwindigkeit • Antrocknungszeit

ANWENDUNG ZEIT • Behandlungsdauer

• Tauchen / Spritzen • Spülvorgänge danach

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

Einkation- Zinkphosphatierung Hier erwirkt man durch eine hohe Konzentration an Zink-Kationen und niedrigem Phosphatgehalt die Bildung zinkreicher kristalliner Phosphatschichten.

Die Konversionsschicht besteht dann hauptsächlich aus: Þ

Zinkphosphaten Zn3(PO4)2 · 4H2O - Hopeit

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

• Entfetten alleine erzeugt keine qualitativ gute Grundlage für eine hervorragende Oberfläche. • Entfernen der natürlichen Oxidschicht auf Aluminium • Aktivierung der Oberfläche für nachfolgende chemische Schichtaufbauten. • Erzeugung einer gleichmäßigen Oberfläche mit optisch gutem Aussehen

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Filiformkorrosion • auffällige und bizarre Form der Metallkorrosion • auf beschichteten Stahlteilen schon länger bekannt

• auf Aluminium zuerst im Flugzeugbau aufgetreten, im Bauwesen wurde man vor ca. 30 Jahren zuerst in Küstengebieten auf sie aufmerksam

• betroffen sind besonders Gebiete am Meer und Orte mit industriell belasteter Luft

-> http://www.youtube.com/watch?v=P0qoPTzLxCc

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

Aluminium die gebräuchlichsten Konversionsverfahren Þ Grün- und Gelbchromatierung Þ Chromfreie Vorbehandlung Þ Voranodisierung (ca. 3-8µm

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

Korrosionsschutz von Aluminium

Was kann erreicht werden?

Gelbchromatierung

Grünchromatierung

fluoridhaltige Eisenphosphatierung

Titan/ Zirkon + Polymer Voranodisation

Titan/ Zirkon Rinse

Innenanwendung

1000h AASS U < 4mm

2000h AASS U< 4mm

1000h AASS U< 1mm 1000h FFK F ≤ 0,3

1000h AASS U< 1mm 1000h FFK F ≤ 0,10

Wichtige Voraussetzungen: • gute Vorreinigung • gute Spülqualitäten • Beizabtrag ≥ 1 g/m2, Seaside ≥ 2 g/m2 • wichtig gegen Filiformkorrosion: geringe Konzentration an Fremdmetallionen • Qualität des Aluminiumsubstrates

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung

Gelbchromatierung:

Bild: Schichtgewichte 0,4; 0,6; 0,8 und 0,9 g/m2

Grünchromatierung:

Bild: Schichtgewicht 0,5; 0,8 und 1,1 g/m2 Chromfreie Vorbehandlung (transparent): typische Schichtgewichte: 1 bis 100mg/m2 Voranodisation: Schichtdicke ca. 8 bis 10µm; nicht gesealt!!!

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Applikation Applikation händisch:

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Applikation

Applikation automatisch horizontal bei einer Fördergeschwindigkeit von bis ca. 1,2 m/min

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Applikation

Applikation automatisch vertikal:

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Ablauf

Stückgut im Lager

Aufhängung

nasschemische Vorbehandlung www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Ablauf

Haftwassertrocknung

Beschichtungskammer

Beschichten

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Ablauf

Einbrennofen Abkühlen und Endkontrolle

Ofenkurve vom 02.12.2009 bzw. 31.03.2010

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Eigenschaften

Anodische Oxidation

Pulverbeschichten

Aluminium und Aluminiumwerkstoffe

Aluminium und Aluminiumwerkstoffe Stahl Verzinkter Stahl

Nassbeschichten Stahl Verzinkter Stahl Aluminium und Aluminiumwerkstoffe

Bleche, Profile

Bleche, Profile, Geländer

v.a. großvolumige Teile

Chem. Untergrundvorbeh.

Chem. Untergrundvorbeh.

Mechan. Untergrundvorbeh.

Im Werk

Vor Ort, im Werk

Im Werk Ausbesserungen vor Ort unmöglich

Wetterbeständigkeit

Ausbesserungen mit Nasslack Ausbesserungen machbar machbar (Ausnahme stukturierte Flächen) Mechanische Beständigkeit

Chemische Beständigkeit www.ofi.at

Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach RVS 15.05.31 (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen) P1A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P1B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P2A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung P2B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung Für verzinkte Bauteile: bis C4 hoch; für nicht verzinkte Bauteile: C3 hoch Quelle: RVS 15.05.31 www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach RVS 15.05.31 (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen) P1A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P1B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P2A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung P2B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung Für verzinkte Bauteile: bis C4 hoch; für nicht verzinkte Bauteile: C3 hoch Quelle: RVS 15.05.31 www.ofi.at

Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach RVS 15.05.21 (Aluminiumkonstruktionen)

A1: Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Aluminium mit Konversionsbehandlung oder Voranodisierung: A2: Dreischichtiger lösemittelhältiger Nassbeschichtungsaufbau (80/ 80/ 80µm) auf oberflächenvorbereitetem Aluminium A3: ≥ 25µm Eloxierung

Quelle: RVS 15.05.21 www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach IQC

Quelle: IQC-Richtlinie / Internet www.ofi.at

Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach IQC

Ausgangssituation: • ca. 10 µm verzinkte Profile • Ablängen u. Bearbeiten • Sweepen • Schweißen und Verschleifen in den Ecken • Wischentfetten (Waschbenzin) • 2x Pulverbeschichten • -> Ablösung der Beschichtung vom Substrat Erkenntnisse: • (vorsichtiges) Sweepen mit kaum Materialabtrag bewirkt zwar eine Erhöhung der Rauheit aber Verschlechterung der Benetzbarkeit. • Durch Wischentfetten konnten schichttrennend wirkende Substanzen nicht ausreichend entfernt werden!

Nach 140 Stunden KW-Belastung

Nach 140 Stunden NSS-Belastung www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach IQC

Nach ÖNORM EN ISO 12944-6: 480 h KW / 720 h NSS entspricht C5-I bzw. C5-M mittel :: RVS 15.05.31: C3 hoch

Quelle: IQC-Richtlinie / Internet www.ofi.at

Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach IQC

Nach ÖNORM EN ISO 12944-6: 480 h KW entspricht C5-I bzw. C5-M mittel

Quelle: IQC-Richtlinie / Internet www.ofi.at

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Was ist eine Pulverbeschichtung – Anwendungen nach IQC

Quelle: IQC-Richtlinie / Internet www.ofi.at

Normen, Richtlinien (Auszug)

ÖNORM EN 12206-1 (09/2004) (Pulverbeschichtung auf Aluminium) DIN 55633 (04/2009) – Pendant zu ÖN EN ISO 12944-er DIN EN 15773 (11/2010) – Industrielle Pulverbeschichtung von feuerverzinkten und sharadisierten Gegenständen aus Stahl (DuplexSysteme) ÖNORM EN 13438 (12/2013) – Pulverbeschichtungen für verzinkte oder sheradisierte Stahlerzeugnisse für Bauzwecke BS 6496 (Pulverbeschichtung auf Aluminium) BS 6497 (Pulverbeschichtung auf Stahl und bandverzinktem Stahl) RVS 08.09.02; RVS 15.05.11, RVS 15.05.31 (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen); RVS 15.05.21 (Aluminiumkonstruktionen)

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Normen, Richtlinien (Auszug)

Farbtoleranzen VdL-Richtlinie 10 OFI Merkblatt 42: Pulverbeschichten auf feuerverzinkten Untergründen OFI Merkblatt 43: Visuelle Prüfung von pulverbeschichteten Aluminiumbauteilen im Hinblick auf optische Mängel Gütevorschriften für die Stückbeschichtung von Aluminium und bandverzinktem Stahl; Richtlinien des OFI (ZG 120) Internationale Qualitätsrichtlinien für die Beschichtung von Bauteilen aus Aluminium, GSB AL 631 Gütebestimmung GSB-International e.V. Gütezeichen "QUALICOAT": Richtlinien hinsichtlich der Beschichtung auf Aluminium durch Nass- und Pulverlackierung bei Architekturanwendungen Gütezeichen "QUALANOD" der EURAS/EWAA: Bestimmungen für anodisch erzeugte Oxidschichten auf Aluminium, die in der Architektur Verwendung finden VFF Merkblatt ST.01 September 2015 Beschichten von Stahlteilen im Metallbau RAL-GZ 632 06/2007 (Reinigung von Metallfassaden) www.ofi.at

Fallbeispiele

Herstellungsfehler

Klebeband-Faserstiftrückstand

Pressfloh

Grate u. scharfe Kanten

•

Mechanische Bearbeitungsspuren ?

•

Ausreichende Bohrungen vorgesehen?

•

Aufhängemöglichkeit ?

Zinkspitzen

ganze Elemente beschichtbar?

Innen- oder doch Außenanwendung? Was ist bzgl. Farbanpassung gefordert? www.ofi.at

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Fallbeispiele

Fehlstellen in zweischichtig, pulverbeschichteten Stahlbauteilen Untergrundvorbereitung / Untergrundvorbehandlung: gestrahlt und zinkphosphatiert)

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Fallbeispiele

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Fallbeispiele Grauer Partikel

Blaue Deckbeschichtung

Weißer Einschluss

Grundmaterial

Weiße Grundbeschichtung

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Fallbeispiele

Ausgeprägte Bläschenbildung (Æmax. = 1 mm) an feuerverzinkten und pulverbeschichteten Laternenteilen

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Fallbeispiele Querschliff durch Blase: Schichtdicke von Verzinkung bzw. Beschichtung Poröse Ablagerungen

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Fallbeispiele

REM von Verzinkung bzw. poröser Ablagerung – Poröse Ablagerung = Zink („Zinkgrätze“)

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Fallbeispiele

REM: „Rost“

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Fallbeispiele

Pulverbeschichtung von Wartungsstegwannen

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Fallbeispiele

Ursache für die großflächige Unterwanderung bzw. Ablösung der Pulverbeschichtung der Wartungsstegwannen sind in erster Linie Fehler bei der Vorbehandlung, die nicht ablauffähige Konstruktionsweise, die geringe Schichtdicke der Pulverbeschichtung und die prinzipielle Nichteignung von Pulverbeschichtungen (wie ausgeführt) für diese Anwendung anzuführen. www.ofi.at

Fallbeispiele

Fehler bei der Vorbehandlung führten zu einer Enthaftung der Vorbehandlungsschicht wegen nicht ausreichender Entfettung (sichtbar auf der Rückseite der abgelösten Beschichtung) www.ofi.at

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Fallbeispiele

Gartenzaun RAL 6004 ca. 4 Jahre alt, reklamiert Bläschenbildung

Filiformkorrosion

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Fallbeispiele Kochtest

Salzsprühtest

Kondenswassertest

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Fallbeispiele

Basische Beizentfettung, Spülen, Spülen, Grünchromatieren, Spülen, Spülen VESpülen; auf Musterblechen partiell Blasenbildung

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Fallbeispiele

Verunreinigungen sind C, O, Al, K und auf Basis eines Carbonsäuresalzes ! -> von der Vorbehandlung www.ofi.at

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Fallbeispiele

Rissige und teilweise abgelöste Konversionsschicht auf Aluminium. Im Zuge des Vorbehandlungsprozesses konnten Entfettungschemikalien an der Aluminiumoberfläche auftrocknen, die durch die nachfolgenden Spül- bzw. Dekapierungsschritte nicht mehr vollständig entfernt werden konnten www.ofi.at

Fallbeispiele

IR: -> Wachs

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Fallbeispiele

Mit HWF RAL 9007 beschichtete Paneele in Dublin

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Fallbeispiele Ergebnisse der Farbabstandsmessungen mit dem Mehrwinkelmessgerät 1), Referenz = helleres Fassadenpaneel von der zweiten Reihe Messbereich

25° DL

Da

45° Db

DE

DL

Da

75° Db

DE

DL

Da

Db

DE

Referenz

-0,32

0,02

0,03

0,32

-0,27

0,03

0,02

0,27

-0,19

0,00

0,00

0,19

Dunkleres Paneel

-3,33

-0,16

-0,49

3,37

-2,30

0.03

-0,14

2,30

-1,11

0,04

-0,09

1,11

Dunkleres Paneel

-2,80

-0,17

-0,56

2,86

-2,23

0,02

-0,20

2,24

-1,43

0,03

-0,13

1,44

Dunkleres Paneel

-3,34

-0,14

-0,49

3,52

-2,42

0,02

-0,14

2,42

-1,58

0,04

-0,10

1,58

Helleres Paneel von der 3. Reihe

-0,25

0,03

0,13

0,28

-0,30

0,03

0,05

0,31

-0,15

0,00

0,02

0,15

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Fallbeispiele

Schmierseife als „Schmiermittel“ beim Einbau der Glasscheiben verwendet www.ofi.at

Fallbeispiele

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Zusammenfassung

Mit Pulverbeschichtungen ist auf Aluminium, verzinktem Stahl bzw. Stahl ein qualitativ hochwertiger Korrosionsschutz machbar: • Auf Aluminium: einschichtig / zweischichtig nach Konversionsbehandlung bzw. Voranodisierung • Auf verzinktem Stahl: zweischichtig (160µm) bis C4 hoch nach Sweepen bzw. mit chemischer Vorbehandlung • Auf Stahl: zweischichtig (160µm) bis C3 hoch nach Strahlen bzw. chemischer Vorbehandlung • Voraussetzung dafür ist eine entsprechende (chemische) Untergrundvorbehandlung bzw. eine mechanische -vorbereitung, • Pulverbeschichtungsarbeiten sind beschränkt auf Werksbeschichtungen; Ausbesserungen vor Ort können nur mit Nassbeschichtungsstoffen ausgeführt werden. • Komplexe Bauteilgeometrien sowie sehr große bzw. schwere Bauteile können – je nach Anlage – nicht ausreichend vorbehandelt bzw. beschichtet werden. www.ofi.at

Zusammenfassung • Vor Strahlen kann Entfetten notwendig sein • Bei Tauch- und Sprühverfahren darauf achten, dass alle Bereiche des Bauteils erreicht werden und die Entfettungs- bzw. Beizlösung vollständig abrinnen kann. • Temperatur der Entfettung auch am Montag-Morgen oder nach Stillständen > 40°C • Spülen, Spülen, Spülen mit entsprechend sauberen Wasser (letzte Spüle mit VE-Wasser) • Vor dem Beschichten sind die Bauteile im Haftwassertrockner zu trocknen • Vermeiden sie scharfe Kanten / Grate • Verfahren zum Oberflächenschutz belegen ihre Leistungsfähigkeit durch jahrzehntelange Referenzen.

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Danke Den Mitarbeitern des OFI für Ihre experimentellen Arbeiten und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit

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In eigener Sache, …… Im Frühjahr 2017 wird das OFI in Kooperation mit DINCertco wieder zweiwöchige Ausbildungslehrgänge zum DIN-geprüften Beschichtungsinspektor in Wiener Neustadt anbieten. 16.01. bis 27.01.2017; Prüfung: 03.02.2017 27.02. bis 10.03.2017; Prüfung: 17.03.2017 Lehrgang in englischer Sprache: 13.02. bis 24.02.2017; Prüfung: 03.03.2017 Themenschwerpunkte: Werkstoffe und Konstruktion; Korrosion; Substrate für Beschichtungen und Überzüge; Umgebungsbedingungen; Beschichtungsstoffe, Beschichtungssysteme und Überzüge; Anforderungen an die Ausführung der Arbeiten; Normen, Richtlinien, Arbeitsanweisungen u.ä.; Inspektionsarbeiten,

Nähere Informationen am OFI-Stand

Funktion eines Beschichtungsinspektors, Gesundheit, Umwelt, Sicherheit Anforderungen: Technische Berufsausbildung oder 7 Jahre einschlägige Berufspraxis www.ofi.at

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