Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der konventionelle technische Prozess (INCO-Verfahren) zum Einf\u00e4rben von Edelstahlbauteilen besteht im Wesentlichen aus den zwei Prozessschritten, Eintauchprozess in hei\u00dfer schwefels\u00e4ure-\/chroms\u00e4ure-haltiger L\u00f6sung und anschlie\u00dfender elektrolytischer Behandlung (H\u00e4rtung). F\u00fcr diesen Prozess sind vor allem nichtrostende Chromnickelst\u00e4hle und Chromst\u00e4hle geeignet. Oxidschichten k\u00f6nnen auf Edelstahloberfl\u00e4chen formal durch verschiedene Techniken erzeugt werden. Unter diesen verschiedenen Verfahren hat sich jedoch die chemische Oxidation in der Industrie durchgesetzt (? INCO-Prozess).
\nIn der betrieblichen Praxis sind stark saure chromathaltige L\u00f6sungen schwierig zu handhaben, da diese toxische Chrom(VI)-Ionen enthalten. Daher muss in diesen Betrieben dem Arbeits- und Umweltschutz eine sehr hohe Beachtung beigemessen werden. Zus\u00e4tzlich fallen seit 2013 Cr(VI)-Verbindungen unter die REACH-Verordnung. Alle Anwender von Cr(VI)-Verbindungen durften diese ohne Zulassung nur noch bis zum 21.09.2017 benutzt werden. Dies ist f\u00fcr Betriebe aus dem Bereich Oberfl\u00e4chentechnik, sowie f\u00fcr deren Kunden aus betriebswirtschaftlicher Sicht und langfristig gesehen, aufwendig, teuer und technisch mit hohen Aufwendungen verbunden. Ein technische Alternative f\u00fcr diese Betriebe w\u00e4re es, wenn zum Einf\u00e4rben chroms\u00e4urefreie Prozessl\u00f6sungen zur Verf\u00fcgung st\u00fcnden, die eine gleichwertige Oberfl\u00e4chen-verg\u00fctung gew\u00e4hrleisten k\u00f6nnten.
\nZiel des geplanten Projektes war es, einen innovativen und umweltfreundlichen chromfreien Prozess zum Einf\u00e4rben von Edelstahl zu entwickeln. Dies sollte durch Anwendung spezieller Stromformen (z. B. Pulsstrom oder Spannungspulsen) w\u00e4hrend des elektrolytischen Prozesses in chroms\u00e4urefreier L\u00f6sung erreicht werden. Zudem sollten die relevanten technischen Prozessparameter zur reproduzierbaren Herstellung von verschiedenen Farben auf Referenzmaterial identifiziert werden. In Materialunter-suchungen sollten die Eigenschaften der hergestellten farbigen Oxidschichten unter praxisrelevanten Gesichtspunkten gepr\u00fcft und im Vergleich zum etablierten F\u00e4rbeprozess (INCO-Prozess) charakterisiert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projektes wurden die folgenden Arbeitspakete (AP) entsprechend dem Arbeits- und Zeitplan bearbeitet:<\/p>\n
AP 1: Erstellung eines gemeinsamen Arbeitsplanes zwischen den Projektpartnern.
\nAP 2: Ausarbeitung der relevanten Prozessparameter.
\nAP 3: Optimierung des Prozesses f\u00fcr die Herstellung reproduzierbarer Farbt\u00f6ne auf dem vorgegebenen Referenzmaterial (Werkstoff 1.4301).
\nAP 4: Untersuchung des Einflusses der Probenausgangsqualit\u00e4t auf Farbton- und Schichtqualit\u00e4t.
\nAP 5: Werkstofftechnische Charakterisierung der hergestellten Farbschichten
\nAP 6: Analytische Bestimmung des Metallgehaltes im Grundelektrolyten. Absch\u00e4tzung der Metallanreicherung an Chrom-Ionen in Abh\u00e4ngigkeit der Einsatzzeit der Elektrolytl\u00f6sungen.
\nAP 7: Reproduzierbares Einf\u00e4rben von Probenblechen des Referenzmaterials Edelstahl 1.4301 mit zuvor definierten Farbt\u00f6nen, wie z.B. braun oder gold (? Meilenstein).<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die anvisierten Projektziele wurden entsprechend dem Arbeits- und Zeitplan von den beiden Projektpartnern Firma Henkel und fem vollst\u00e4ndig erreicht.
\nDie Ergebnisse der durchgef\u00fchrten Versuchsreihen und Materialuntersuchungen zeigten, dass mit einem einfachen schwefels\u00e4urehaltigen Elektrolyten (ohne Zusatz an Chromtrioxid) unter gleichzeitiger Anwendung von speziellen Strompulsen oder Spannungspulsen die Materialoberfl\u00e4che von Edelst\u00e4hlen (1.4301 und 1.4404) elektrolytisch eingef\u00e4rbt werden kann.<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes konnten verschiedene Farbt\u00f6ne (braun, dunkelbraun, stahlgrau-blau, gold, rot-violett, lindgr\u00fcn) mit vergleichsweise guter Reproduzierbarkeit und teils mit sehr guter Haftfestigkeit und Druckfestigkeit auf den Probenblechen erzeugt werden.<\/p>\n
Die besten Ergebnisse wurden in 5 molarer Schwefels\u00e4urel\u00f6sung, einer Badtemperatur von 30\u00b0C, leich-ter Badr\u00fchrung und Anwendung von Spannungspulsen erzielt (in 3-Elektrodenanordnung mit einer Bezugselektrode).<\/p>\n
Eine Farbtondrift kann generell erreicht werden, wenn die Badtemperatur erh\u00f6ht wird, die S\u00e4urekonzentration erniedrigt oder die Pulsparameter Frequenz oder Einzelpulszeitdauer ver\u00e4ndert werden.<\/p>\n
Die Fremdmetallanreicherung (Cr, Fe, Ni) der Elektrolytl\u00f6sungen w\u00e4hrend des Einf\u00e4rbens (Anodisation) der Proben entspricht konventioneller Elektrolytl\u00f6sungen. Ein gewisser Grad an Metallanreicherung im Grundelektrolyten ist f\u00fcr eine stabile Anodisation der Proben sogar erw\u00fcnscht. In gebrauchten Elektrolytl\u00f6sungen aus den Technikumsversuchen konnten keine umweltrelevanten Gehalte an Chrom(VI)-Ionen nachgewiesen werden.<\/p>\n
Unter praxisnahen Bedingungen konnten bei der Firma Henkel verschiedene Farbt\u00f6ne (z. B. die Farbt\u00f6ne dunkelbraun und gold) auf Edelstahlblechen in mehreren Kleinserien von jeweils 5 Proben dargestellt werden. Allerdings gibt es bei der Anwendungsvariante mit Strompulsen (unter praktischen Gesichtspunkten bevorzugt) beim gleichzeitigen F\u00e4rben von mehreren Blechen teils leichte Farbtonunterschiede zwischen benachbarten Probenblechen oder zwischen Vorder- und R\u00fcckseite eines Probenbleches, deren Ursache im Rahmen dieses Projektes noch nicht ermittelt bzw. behoben werden konnten.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
– Vortrag zum Projektvorhaben abgehalten w\u00e4hrend eines fem-Freitagseminars (09.12.2016)
\n– Es ist eine Ver\u00f6ffentlichung f\u00fcr das Jahrbuch Oberfl\u00e4chentechnik 2018 (Leuze Verlag) eingereicht.
\n– Am 20.09.2018 wurde ein Vortrag an den ZVO Oberfl\u00e4chentage 2018 in Leipzig abgehalten.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit dem neuen elektrolytischen F\u00e4rbeverfahren ist ein Einf\u00e4rben von Edelst\u00e4hlen vom Werkstofftyp 1.4301 und 1.4404 in Chrom(VI)-freier Prozessl\u00f6sung m\u00f6glich.<\/p>\n
F\u00fcr eine m\u00f6gliche zuk\u00fcnftige betriebliche Anwendung des neu entwickelten elektrolytischen F\u00e4rbeverfahrens muss in weiteren betriebsnahen Untersuchungen abgekl\u00e4rt werden, ob das elektrolytische Verfahren mittels Spannungspulsen (3-Elektrodenanordnung mit separater Bezugselektrode im Elektrolytsystem) unter Ber\u00fccksichtigung von Faktoren, die sich aus Kosten-, Anlagentechnik- und Qualit\u00e4tsgr\u00fcnden ergeben k\u00f6nnen, das stabilere und technisch besser umsetzbare Verfahren im Vergleich zur Verfahrensvariante mittels Strompulsen darstellen w\u00fcrde.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Der konventionelle technische Prozess (INCO-Verfahren) zum Einf\u00e4rben von Edelstahlbauteilen besteht im Wesentlichen aus den zwei Prozessschritten, Eintauchprozess in hei\u00dfer schwefels\u00e4ure-\/chroms\u00e4ure-haltiger L\u00f6sung und anschlie\u00dfender elektrolytischer Behandlung (H\u00e4rtung). F\u00fcr diesen Prozess sind vor allem nichtrostende Chromnickelst\u00e4hle und Chromst\u00e4hle geeignet. Oxidschichten k\u00f6nnen auf Edelstahloberfl\u00e4chen formal durch verschiedene Techniken erzeugt werden. Unter diesen verschiedenen […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[63,53],"class_list":["post-26713","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-mecklenburg-vorpommern","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"33037\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"124.767,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Henkel Beiz- und Elektropoliertechnik\nGmbH & Co. KG","dbu_projektdatenbank_strasse":"An der Autobahn 12","dbu_projektdatenbank_plz_str":"19306","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Neustadt-Glewe","dbu_projektdatenbank_p_von":"2016-02-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2018-01-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 12 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"+49 3875766351","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Mecklenburg-Vorpommern","dbu_projektdatenbank_foerderber":"121","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-33037.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26713","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26713\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":43415,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26713\/revisions\/43415"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26713"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26713"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26713"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}