Projekt 20761/01

Entwicklung eines umweltfreundlichen plasmaphysikalischen Verfahrens zur Bildung keramischer Schichten auf Aluminium, Magnesium und Titan im wässrigen Elektrolyten zum Einsatz in der industriellen Fertigung und Erprobung in ausgewählten Anwendungen

Projektträger

Fischer Oberflächentechnik GmbH
Wullener Feld 15 A
58454 Witten
Telefon: 02302/28255-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Antragstellerin, ein auf europäischer Ebene tätiger Aluminium-Beschichtungsbetrieb (KMU), hat durch Marktbeobachtung und ihre weitgestreuten Kundenanfragen festgestellt, dass die bisher verfügba-ren Beschichtungsverfahren für leichte Werkstoffe (Aluminium, Magnesium, Titan) nicht ausreichen, um künftigen Anforderungen und schon heute aus umweltschutzrelevanten Gründen gewünschten Anwen-dungen gerecht zu werden. Damit bleibt das Umweltentlastungspotential - das durch Einsatz leichter und leicht recyclierbarer Werkstoffe möglich wäre - in weiten Bereichen noch immer verschlossen. Anwen-dungen, die heute noch immer auf Stahlwerkstoffe aus verschiedenen Gründen nicht verzichten können, könnten als Basismaterial die leichten Werkstoffe verwenden, wenn eine Beschichtungstechnologie verfügbar wäre, die auf diesen Materialien entsprechend dicke, extrem belastbare und dauerhafte Oberflä-chen ermöglicht. Entsprechende Energieeinsparungen im Lebenszyklus der Produkte (Beispiel leichtere KFZ), Entfall umweltbelastender Materialien und Energieeinsparungen im Herstellprozess (Zielwerte gegenüber Keronit®-Verfahren: um 30 % gesenkte Prozessspannung, um 50 % reduzierte Rücklösungsverluste und um 50 % verminderte Kühlleistung) begründen eine beträchtliche Umweltentlastung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenArbeitsschritte:
Konzeption - Ermittlung Kundenanforderungen, technische Anforderungen, Integration in Betriebe
Herstellen Vorversuchsanlage - Experimentieranlage zur Schaffung der Grundlagen für Engineering
Status-Seminar - Vorstellung der Vorversuchsergebnisse für Fachpublikum
Technische Entwicklung und Konstruktion - Elektrik, Elektronik, Mechanik, Steuerungssoftware
Beschaffung und Fertigung - Versuchsanlage für anschließende Erprobungsserie
Erprobung mit ausgesuchten Werkstücken - Ermittlung optimaler Parameter-Sets auch für problematische Werkstücke Untersuchung der Werkstücke - Bestimmung der erreichten Oberflächengüte
Empfehlungskatalog - Fortentwicklung für flächendeckenden Einsatz
Verbreitung der Ergebnisse - Bekanntmachung des Verfahrens auf nationaler/EU-Ebene


Ergebnisse und Diskussion

Das wichtigste Ergebnis des Projektes ist, dass das Vorhabensziel, die Grundlagen für ein energiesparendes Verfahren zur plasmaphysikalischen Beschichtung von Al-Werkstoffen mit hoher Güte zu entwickeln, erreicht werden konnte. Trotz des Einsatzes eines sehr umweltfreundlichen Elektrolytes ist es gelungen, das Spannungsniveau (Zünd- und Prozessspannung) deutlich zu senken. Der effektive Energieverbrauch liegt um bis zu 34 % niedriger als bei den etablierten Systemen. Die aufgebauten Schichten auf dem Substrat übertrafen alle Erwartungen und führten sogar zu einem vorzeitigen Versuchsabbruch im beauftragten Versuchslabor infolge verschlissener Prüfstifte. Aus diesem Grunde war eine abschließende qualitative Auswertung im Zuwendungszeitraum nicht möglich, die Verschleißversu-che werden jedoch fortgeführt und werden voraussichtlich im ersten Quartal 2006 vorliegen. Sie werden dem Zuwendungsgeber nach Eingang vorgelegt.
Die erreichbaren Schichteigenschaften sind gleichwertig oder besser als die durch das Keplacoat-Verfahren der AHC bzw. durch das Keronite-Verfahren erreichbaren Beschichtungen.
Damit ist die Basistechnologie verfügbar.
Das Verfahren wird nunmehr von der Zuwendungsempfängerin zur Serienreife ertüchtigt, da die Ver-suchsanlage sich nicht für die Praxis geeignet. Die bisher erzeugten Muster sind auf reges Echo in der Industrie gestoßen.
Mit dem Verfahren steht ein erprobtes Basisverfahren zur Verfügung, das beim Anwender die Herstellung reproduzierbare Plasmabeschichtungen erlaubt. Damit ist die Grundlage geschaffen für einen weit über das bisherige Maß hinausgehenden Einsatz leichter Werkstoffe. Damit entfällt eine wesentliche Restriktion, die bisher einem verbreiteten Einsatz der umweltfreundlichen Werkstoffe im Wege gestanden hat. In vielen industriellen Anwendungsfällen kann dadurch auch auf umweltbedenkliche Stoffe (z. B. Härtebäder für Stahlwerkstoffe) verzichtet werden. Damit ergeben sich für KMUs sowohl erweiterte als auch völlig neue Marktfelder.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Während der Entwicklung wurden zahlreiche Kontakte zu KMUs, Anwendern und industriellen Fertigern sowohl im In- als auch im Ausland aufgenommen. Im Rahmen einer Internationalen Konferenz, der Eight International Conference On Energy For A Clean Environment, die am 29. Juni in der Calouste Gulbenkian Stiftung in Lissabon stattfand, wurde das Projekt auf dem FINAL EUROPEAN WORKSHOP - Innovative industrial applications of anodised aluminium alloys vor einem internationalen Fachpublikum von dem Zuwendungsempfänger vorgestellt.


Fazit

Mit dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt konnte eine weitere wesentliche Grundlage zum verstärkten Einsatz von leichten Werkstoffen in industriellen Produktionsprozessen und Produkten geschaffen werden. Auf diese Weise kann die umweltentlastende Substitution von Stahlwerk-stoffen durch leichte und leicht zu bearbeitende Al-Werkstoffe vorangetrieben werden. Mit dieser Basistechnologie tritt - neben den Umweltentlastungen - eine Stärkung der Wettbewerbssituation ein, die auch andere europäische Mitgliedsländer betreffen wird.