| Aktenzeichen | 20889/01 |
| Abschlussbericht: | |
| Projektträger: | GC Galvano Consult GmbH Westerhaar 29 58739 Wickede weitere Projekte aus der Umgebung |
| Telefon: | 02377/7870-250 |
| Internet: | https://www.galvano-consult.com |
| Bundesland: | Hessen |
| Beschreibung: | Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Für die galvanotechnische Industrie besteht die Notwendigkeit, den Korrosionsschutz nachbehandelter Zink- bzw. Zinklegierungsüberzüge auf Systeme ohne Chrom(VI) - idealerweise vollkommen schwermetallfrei - umzustellen. Weitgehende Einigkeit bei den Experten besteht dahingehend, dass Verbindungen wie Molybdat und Vanadat keine Alternativen zum Chrom(VI) sind. Derzeit verfügbar ist als einziger akzeptabler Ersatz nur Chrom(III) in Verbindung mit Kobalt, längerfristig müssen andere Lösungen angedacht werden. Für den Korrosionsschutz auf Zink- und Zinklegierungen bedeutet das letztlich, dass alle bisherigen Chrom(VI)-, wenn möglich auch Chrom(III)-Schichten durch andere möglichst schwermetallfreie Beschichtungssysteme ersetzt werden müssen. Aufbauend auf eigenen Vorarbeiten und parallel laufenden Recherchen fand GC Galvano Consult einen neuartigen, patentierten Lösungsansatz, um schwermetallfreie Korrosionsschutzschichten galvanisch abzuscheiden. Überraschend wurde gefunden, dass auf der Anode in einer Silikatlösung keine Korrosionsschutzschichten abgeschieden werden, sondern auf der Kathode. Dieser Elektrochemismus war noch nicht vollständig erklärbar. Das Patent und das dort beschriebene Verfahren, das nur im Labormaßstab verfügbar war, sollte in den Technikummaßstab überführt werden. Daraus waren die produktionstechnischen Verfahrensgrundlagen abzuleiten und ein technisches Verfahrenskonzept zu entwickeln. Als Grundbeschichtungen dienten die nach dem allgemeinen Stand der Technik bewährten Überzüge Zink, sowie Zink/Eisen und Zink/Nickel. Entwicklungsziel war es, die neue anorganische Silikatbeschichtung sowohl für Trommel-, als auch für Gestellware verfügbar zu machen. Diese nasschemische Beschichtung sollte prinzipiell in bestehende automatische Beschichtungsanlagen integriert werden können. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDiese Aufgaben sollten in folgenden Arbeitsschritten gelöst werden:Vorbehandlung / wirksame Stromdichten, geometrische Randbedingungen / Festlegung pH-Werte / Einbringung der Silikat-Ionen / Untersuchungen und Entwicklungen zu Additiven / Schnelle Badwechsel (bisher im Labor beobachteten Fehlstellen werden nach früheren Beobachtungen mit dem Oberflächenkontakt mit dem Sauerstoff der Luft bei Badwechseln in Verbindung gebracht). Ergebnisse und Diskussion Die Ergebnisse entsprechen im vollen Umfang der Zielstellung. Es wurde im Labor- sowie Technikummaßstab erfolgreich nachgewiesen, dass eine schwermetallfreie galvanische Passivierung von Stahl auf Basis einer Silikatlösung möglich ist. Die Beschichtungszeiten von 30 - 60 Sekunden reichen aus, um beispielsweise einen Haftuntergrund für eine Kunststoffbeschichtung auf KFZ-Bremsleitungen auszubil-den (nachfolgende Polyvinylfluorid-Beschichtung). Das Dipolverfahren ist im Technikummaßstab uneingeschränkt auf Zink und Zink/Eisen-Legierungsschichten anwendbar. Beschichtungszeiten von 5 - 10 Minuten im Dipolverfahren erlauben zudem die Einbindung des Verfahrens in vorhandene automatische Beschichtungsanlagen. Bei Zink/Nickel-Beschichtungen ergeben sich hingegen noch Probleme. Die Ausbildung der Silikatschicht ist sehr langsam. 15 Minuten Beschichtungszeit konnten mit dem Dipolverfahren nicht unterboten werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mittels Strom eine Zinkauflösung zu erzwingen. Dies bedeutet die Anwendung eines Pulsgleichrichters mit Reversepuls. Diese Möglichkeit wurde auch getestet und der Einsatz eines Pulsgleichrichters (Kathodenschaltung) erbrachte hier auch große Fortschritte; 10 Minuten in der Trommel ergeben eine gute Silikatschicht, die zur Verwendung mit TopCoats gute Eigenschaften aufweist. Mittels eines anodischen Pulses kann die Zinkauflösung weiter beschleunigt werden. Dies gilt insbesondere für Gestellanwendungen. Damit ist es auch möglich, Gestellteile zu beschichten. Das Verfahren ist auf Zink/Nickelschichten trotzdem nur eingeschränkt anwendbar. Hier besteht noch weiterer produktnaher Entwicklungsbedarf. Durch die überraschend guten Reibbeiwerte der Silikatbeschichtungen im Vergleich zu den bisherigen Passivierungen konnte mit dem Thema Radschrauben ein marktrelevantes Produkt (Trommelbeschichtung) erschlossen werden, dass die Fahrtests bei VW und Audi bereits erfolgreich durchlaufen hat. Organische sowie schwermetallhaltige Bestandteile der Beschichtungen wurden vermieden. Eine Regeneration der Bäder für anorganische Silikatbeschichtungen, die aus wässrigen Silikatlösungen mittels kathodischem bzw. anodischem (Gestellware) Strom auf den Werkstücken abgeschieden werden, ist ebenfalls möglich. In der Lösung findet immer eine Bildung und ein Abbau von Polysilikaten statt. Leider führt dies dazu, dass mit der Zeit sehr viel Silikat als Polysilikat vorliegt. Dies bedingt eine Eintrübung der Lösung und verhindert letztendlich den Schichtaufbau. Es wird an der Kathode zu wenig Disilikat gebildet, da zu lange Ketten abgebaut werden müssen. Früher wurde eine derartige Lösung verworfen. Im Labor war aber eine Regeneration möglich. Durch Zugabe von Natriumhydroxid können die Polysilikate bei der Badtemperatur von 75°C wieder in Silikate übergeführt werden. Durch Zugabe von Natriumbicar-bonat konnte dann der pH-Wert wieder eingestellt werden. Ob diese Vorgehensweise auch bei großen Anlagen möglich sein wird, muss in der Praxis allerdings noch nachgewiesen werden. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Es finden regelmäßig Vorträge bei den Verbänden (DGO; ZVO) und auch bei Kunden statt. Eine wichtige Maßnahme zur Einführung des neuen Verfahrens in der Massenbeschichtung von Radschrauben wurde mit den erfolgreich absolvierten Fahrversuchen bei VW und Audi abgeschlossen. Um die Serienreife und die notwendigen Freigaben zu erreichen, muss das Verfahren in einem produktionsnahen Umfeld eingesetzt und die Prozessfähigkeit nachgewiesen werden. Dazu ist kurzfristig die Errichtung einer geeigneten Anlage bei der Walter Hillebrand GmbH & Co. KG geplant. Dazu kann die neue Technologie an einer bestehende Fertigungsanlage getestet werden und der gesamte Beschichtungsprozess realisiert werden. Das Verfahren soll Mitte des Jahres 2006 bei der Fa. Walter Hillebrand sicher für Massenteile (gegenwärtiger Schwerpunkt Radschrauben) implementiert sein. Fazit Der bisherige Entwicklungsstand und die Technikumerfahrungen des Verfahrens lassen die Aussage zu, dass das Verfahren eine deutliche ökologische Verbesserung gegenüber bisherigen schwermetallbasierenden Schichten darstellt. Dies trifft sowohl auf die verringerten Umweltbelastungen, die Produktivität und eine reproduzierbarere Qualität der Beschichtung zu. Es wird erwartet, dass durch weitere praktische Erfahrungen im angestrebten Produktionsmaßstab ein kostengünstiges Verfahren realisiert werden kann und Anwendern damit ökologische und betriebswirtschaftlich sinnvolle Lösungen für einen innovativen Beschichtungsprozess angeboten werden können. Die in diesem Projekt erworbenen Kenntnisse, Erfahrungen und Möglichkeiten zur Optimierung, haben dazu geführt, dem Markt ein Konzept anzubieten, das zur Umsetzung der Altautoverordnung und zur Verringerung von Umweltbelastungen führen kann. |
| Förderzeitraum: | 23.09.2003 - 23.01.2005 (1 Jahr und 4 Monate) |
| Fördersumme: | 90.000,00 |
| Förderbereich: | I.1.2 |
| Stichworte: | Beschichtung , Galvanik , Schwermetall, Ausstellung: Nachhaltige Chemie |
| Publikationen: |
