Welche Funktion hat Siliziumkarbidpulver für die Korrosionsschutzbeschichtung?

Welche Funktion hat Siliziumkarbidpulver für die Korrosionsschutzbeschichtung?

1. Verbessert die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit (verlängert die Lebensdauer der Beschichtung)

• Mechanismus : SiC hat eine ultrahohe Mohs-Härte von 9,5 (nur Diamant übertrifft sie) und eine Vickers-Härte (HV) von ca. 2800–3200, weit höher als bei herkömmlichen Beschichtungsfüllstoffen (z. B. Talkum, Calciumcarbonat) oder sogar anderen Keramikpulvern (z. B. Aluminiumoxid). Bei gleichmäßiger Verteilung in der Beschichtungsmatrix (z. B. Epoxid-, Polyurethan- oder Acrylharzen) wirken SiC-Partikel als „mikroskopische Verstärkungen“ – sie sind widerstandsfähig gegen Kratzer, Abrieb durch Staub/Sand oder mechanische Einwirkungen, die sonst den durchgehenden Beschichtungsfilm beschädigen würden.
• Anwendungswert : Bei Korrosionsschutzbeschichtungen in rauen Umgebungen (z. B. Schiffsdecks, Ölpipelines, Industriemaschinen) sind Verschleiß und Stöße die Hauptursachen für das Ablösen der Beschichtung. Durch die Zugabe von SiC-Pulver (typischerweise 10–30 % Gewichtsanteil, je nach Anwendung) entsteht eine „gehärtete Oberflächenschicht“, die die Lebensdauer der Beschichtung im Vergleich zu ungefüllten Beschichtungen um das 2- bis 3-fache verlängert. So halten beispielsweise mit SiC-modifizierter Korrosionsschutzfarbe beschichtete Türme von Offshore-Windkraftanlagen Salzsprüherosion  und  Sandstrahlen durch starken Wind stand, ohne dass die Oberfläche beschädigt wird.

2. Verstärkt die chemische Inertheit (steigert die Korrosionsschutzleistung)

• Mechanismus :
  • SiC ist gegenüber den meisten korrosiven Substanzen chemisch inert: Es reagiert bei Raumtemperatur oder mittleren Temperaturen nicht mit nichtoxidierenden Säuren (z. B. Salzsäure, Schwefelsäure), Laugen (z. B. Natriumhydroxid) oder Salzlösungen (z. B. Meerwasser) (nur bei hohen Temperaturen reagiert es mit starken Oxidationsmitteln wie konzentrierter Salpetersäure).
  • Wenn SiC-Partikel der Beschichtung hinzugefügt werden, füllen sie Mikrohohlräume oder Defekte in der Harzmatrix (eine häufige Schwachstelle für das Eindringen korrosiver Medien). Dieser „Barriereeffekt“ blockiert die Diffusion von Wasser, Sauerstoff und Ionen (z. B. Cl⁻ in Meerwasser) in das Metallsubstrat und verhindert so elektrochemische Korrosion (z. B. Rosten von Stahl).
• Anwendungswert : In Chemiewerken, wo Beschichtungen saurem Abwasser oder Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt sind, übertreffen SiC-modifizierte Beschichtungen herkömmliche Korrosionsschutzbeschichtungen. Beispielsweise können Epoxidbeschichtungen mit 20 % SiC-Pulver einer Eintauchtemperatur von 5 % Schwefelsäure über 1.000 Stunden ohne Blasenbildung, Abblättern oder Substratkorrosion standhalten – im Vergleich zu 300–500 Stunden bei unmodifizierten Epoxidbeschichtungen.

3. Verbessert die thermische Stabilität (ermöglicht Korrosionsschutz bei hohen Temperaturen)

• Mechanismus : SiC hat einen extrem hohen Schmelzpunkt (~2700 °C) und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei der Einarbeitung in hochtemperaturbeständige Beschichtungen (z. B. auf Silikon- oder Keramikbasis) bewirkt es Folgendes:
  1. Verhindert, dass die Beschichtung bei erhöhten Temperaturen (z. B. 300–800 °C) weich wird, reißt oder sich zersetzt.
  2. Reduziert die thermische Spannung zwischen der Beschichtung und dem Substrat (z. B. Stahl, Aluminium) und verhindert so ein Ablösen durch Temperaturschwankungen.
• Anwendungswert : Diese Funktion ist entscheidend für Beschichtungen auf Hochtemperaturgeräten wie Kesselrohren, Abgaskrümmern und Industrieöfen. Beispielsweise kann eine Keramik-SiC-Verbundbeschichtung Stahlkesselrohre bei 600–700 °C vor Hochtemperaturoxidation (einer Form der Korrosion) und Rauchgaserosion schützen, während herkömmliche organische Beschichtungen bei solchen Temperaturen innerhalb weniger Stunden zerfallen würden.

4. Optimiert die elektrischen Eigenschaften (ermöglicht antistatischen Korrosionsschutz)

• Mechanismus : Reines SiC ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke. Wird es jedoch mit Spurenelementen (z. B. Stickstoff, Aluminium) dotiert oder in feinen Partikelgrößen (z. B. 1–10 μm) verwendet, weist es eine kontrollierte elektrische Leitfähigkeit auf. Werden SiC-Partikel isolierenden Harzbeschichtungen zugesetzt, bilden sie ein „leitfähiges Netzwerk“ innerhalb der Beschichtung, wodurch statische Ladungen sicher abgeleitet werden können (anstatt sich auf der Oberfläche anzusammeln).
• Anwendungswert : Für Korrosionsschutzbeschichtungen auf Öltanks, Benzinpipelines oder Gehäusen elektronischer Geräte verhindern SiC-modifizierte Beschichtungen statische Aufladung  und sind gleichzeitig  korrosionsbeständig. Beispielsweise kann eine Epoxid-SiC-Beschichtung auf einem Öltank einen Oberflächenwiderstand von 10⁶–10⁹ Ω aufrechterhalten (entspricht Antistatikstandards) und über 5 Jahre lang der Korrosion durch Meerwasser/Salzsprühnebel widerstehen.

5. Verbessert die Beschichtungshaftung und Wetterbeständigkeit

• Haftung : Die unregelmäßige, eckige Form der SiC-Partikel (insbesondere bei groben bis mittleren Körnungen, z. B. 50–200 Mesh) erhöht die mechanische Verzahnung zwischen Beschichtung und Substrat. Dadurch haftet die Beschichtung fester an der Metalloberfläche und verringert das Risiko des Ablösens – selbst unter nassen oder korrosiven Bedingungen.
• Wetterbeständigkeit : SiC ist beständig gegen ultraviolette (UV-)Strahlung (im Gegensatz zu organischen Pigmenten oder Füllstoffen, die unter UV-Licht verblassen oder sich zersetzen). Die Zugabe von SiC zu Korrosionsschutzbeschichtungen für den Außenbereich (z. B. für Brücken oder Gebäudefassaden) verhindert UV-bedingtes Auskreiden, Reißen oder Verblassen der Farbe und stellt sicher, dass die Beschichtung ihre Korrosionsschutzeigenschaften über Jahre hinweg behält.

Wichtige Überlegungen zur Verwendung

• Partikelgröße : Feines SiC-Pulver (z. B. 1–5 μm) eignet sich für dünne Beschichtungen oder Hochglanzoberflächen, während gröbere Körnungen (z. B. 50–100 μm) besser für hohe Verschleißfestigkeit geeignet sind.
• Dispersion : Die gleichmäßige Dispersion der SiC-Partikel ist entscheidend. Agglomeration kann zu Mikrodefekten in der Beschichtung führen und so deren Korrosionsschutzwirkung verringern. Dispersionsmittel (z. B. Silan-Haftvermittler) werden häufig verwendet, um die Kompatibilität mit Harzmatrizen zu verbessern.
• Beladungsmenge : Zu viel SiC (z. B. > 40 % Gewichtsanteil) kann die Beschichtung spröde machen; die optimale Beladung hängt von der Beschichtungsart und der Anwendung ab (typischerweise 5–30 %).