Aktenzeichen | 35131/01 |
Abschlussbericht: | |
Projektträger: | Hartchrom-Beck GmbH
Kappelrain 3 74363 Güglingen weitere Projekte aus der Umgebung |
Telefon: | 071356963 |
Internet: | - |
Bundesland: | Baden-Württemberg |
Beschreibung: | Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Anlass: Durch die Giftigkeit der Chrom VI- Verbindungen wird das ,,Hartverchromen,, immer mehr eingeschränkt (REACH). Da die Chrom-Schichten zum Teil unerreichte Schichteigenschaften bzw. Schichtkombinationseigenschaften besitzen, ist ein Ersatz nur bedingt möglich. Die Industrie sucht daher umweltfreundliche Alternativen. Das Ziel der Entwicklung war es, Chromschichten mit hervorragenden Schichteigenschaften aus umweltfreundlichen Chrom III- Elektrolyten galvanisch abzuscheiden. Chromtrioxid (CrVI) ist im Anhang XIV der REACH Verordnung aufgelistet. Das heißt, das Chromtrioxid (krebserregend und Brand fördernd) kann nur noch sehr eingeschränkt und unter Auflagen eingesetzt werden. Es ist aber noch nicht verboten, diese Verbindung einzusetzen! Chrom III- Salze sind nicht krebserregend. Sie werden z.B in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet. Zielsetzung: Das Entwicklungsziel war die Abscheidung von Chrom (III)- Schichten mit ähnlichen oder besseren Eigenschaften wie die der Chrom (VI)-Schichten: Schichtdicke: 100 μm und mehr Schichthärte: 1000 HV (800 HV-1200 HV) Korr.-Beständigkeit: Vergleichbar mit Chrom VI- Schichten Tribologie/Verschleiß: Vergleichbar mit Chrom VI- Schichten Streufähigkeit: Besser als bei Chrom VIO- Elektrolyten Stromausbeute: Besser als bei Chrom VI- Elektrolyten Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Arbeitsschritt wurden zahlreiche Cr III-Elektrolyte untersucht. Die Elektrolyte wurden in einem 1000 ml Becherglas angesetzt und auch die galvanischen Versuche durchgeführt. Als Anoden wurden Grafitanoden eingesetzt, gelegentlich auch MOX (Ru-Oxid)- beschichtets Titanstreckmetall. Die Kathode bestand aus einem unlegierten Stahl-Zylinder mit einem Durchmesser von 10 mm. Dieser wurde so maskiert, dass eine Oberfläche von 0,1 dm² Fläche verchromt wurde. Bild 1 Die Beschichtung wurde zuerst visuell Beurteilt. Bei einer erfolgsversprechenden Chrom III-Schicht wurden Schliffe angefertigt sowie REM-EDX- Untersuchungen durchgeführt. Weiter wurden bei Bedarf eine IC-Messung durchgeführt. Bei erfolgversprechenden Elektrolyten wurden nach 24 und 48 Stunden erneut galvanische Abscheidungen durchgeführt. Es hat sich immer wieder herausgestellt, dass nach mehreren Stunden ein Farbwechsel von grünlich zu blau-violett erfolgte und anschließend keine erfolgreiche Chrom IIAbscheidung mehr möglich ist. Der Farbton zeigt nur die Anzahl der Wassermoleküle an die das Chrom III-Ion komplexieren- Im Zeitraum von September 2019 bis Oktober 2020 wurden weit über 100 Versuche durch die Firma OpSu Optimal Surface GmbH. Durchgeführt. Dabei wurde nachfolgender Vorgehensweise verfahren: - Behälter: 1000 ml Becherglas, Heizlatte mit Magnetrührer - Anode: Grafit (selten MOX beschichtetes Ti-Streckmetall zur Anodenkontrolle) - Chemikalien in Analysen- oder technischer-Qualität (Merck, Roth, Aldrich..) - Kathode Stahl-Zylinder, maskiert: 0,1 dm² die Stahlzylinder wurden vor der Beschichtung gewogen und nach der Beschichtung zurückgewogen. - Vorbehandlung: mechanisches Schleifen mit 1000 er Schleifpapier, Abkochentfettung, USEntfettung, kathodische Entfettung, HCI-Beize (RT), Ni-Strike (HCI mit Nickelchlorid), jeweils mit einer Stand- und Fließ-Spüle - Bei der Abscheidung wurde mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht bzw. Stillstand. - Die Beschichtungsversuche erfolgten direkt nach dem Ansatz, oder zeitlich versetzt (2-24 Std.) Ergebnisse und Diskussion Bei dem DBU-Projekt sollten umweltfreundlich Cr III- Schichten galvanisch abgeschieden werde. Es wurden über 100 Abscheideversuche durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Wege eingeschritten um erfolgreich Cr III- Schichten abzuscheiden: Standard-Elektrolyte mit Zusätzen wie Komplexbildner oder Reduktionsmittel Dispersionsschichten sollten die Schichteigenschaft verbessern. Mittel Pulsplating wurde untersucht, ob sich über die Art des Strom-Pulses Verbesserungen erzielen lassen. Ein weiterer Lösungsweg war die Abscheidung von Legierungselementen wie V, Mn, Mo, W. Die eingeschlagenen Wege führten nicht zum Ziel. Mit den Elektrolyten konnten zum Teil keine Schichten abgeschieden werden, es konnten nur schwarze, dünne Schichten hergestellt werden oder es bildeten sich voluminöse Schichten aus. Dann konnten die Elektrolyten nur eine einmalige Abscheidung von Chromschichten bewirken. Anschließend war keine Abscheidung mehr möglich. Diese wird auf eine Verloung oder den Umbau der Aquo-Komplexe zurückgeführt. Bei den erfolgreichen Chrom IIIAbscheidungen konnte eine Reduzierung der Rissbildung nicht erreicht werden. Da Mitte des Jahres 2020 völlig überraschen bekannt wurde, dass die Firmen Atotech und Coventya, Chrom III Elektrolyte entwickelt hatten, wurden die Arbeiten eingestellt. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Aufgrund der nicht ausreichenden Schichteigenschaften der untersuchten Cr III- Elektrolyte und der jetzt zugänglichen Cr III-Schichten durch Fachfirmen wird keine Öffentlichkeitsarbeit oder Präsentation geplant. Fazit Die in dr Literatur beschriebene Cr III-Schichten bezogen sich vorwiegend auf dünne, dekorative Schichten. Dicke Cr-III-Schichten waren zum Zeitpunkt 2019 bis 2021 {1} noch nicht eingesetzt werden. Die finnische Firma ,,Savroc,, nutzte schon Cr III-Schichten, aber nur in Verbindung mit chemischen Nickel-Schichten und sehr hohen ,,Temperaturen,, bei ca. 600°C Der Ansporn bei diesem Projekt war die die Abscheidung von Cr VI-Schichten, die nicht getempert werden müssen und #hnliche Eigenschaften wie Cr VI-Schichten aufweisen. Um dies zu erreichen, wurden verschiedene Wege eingeschlagen: - Verschiedene Komplexbilder - Diepersionsabscheidung - Pulsplating - Legierungsabscheidung Neben der Abscheidung von dünnen schwarzen Schichten, voluminösen Schichten uns keinen Schichten konnten vereinzelt brauchbare Cr III-Schichten erzeugt werden. Diese hatten aber durchgehend Mikrorisse und konnten nicht reproduzierbar abgeschieden werden. In der kurzen Zeit konnten keine Chrom III-Schichten abgeschieden werden, die den Anforderungen entsprachen. Man muss hier noch viel Grundlagenentwicklung durchführen, da das Chrom III-Ion eine extrem lange Austauschrate der Komplex- Liganden hat dadurch wird auch die störende Verolung gefördert. Nachdem Mitte 2020 Fachfirmen brauchbare Schichten publizierten und in größerem Maßstab bemusterten, wurde die Entwicklung eigestellt. |
Förderzeitraum: | 10.06.2019 - 10.12.2020 (1 Jahr und 6 Monate) |
Fördersumme: | 95.294,00 |
Förderbereich: | 07 |
Stichworte: | REACH |
Publikationen: |