Projekt 09793/01

Silicoatertechnik fĂŒr die Lackierung im Automobilbau

ProjekttrÀger

SURA Instruments GmbH
PrĂŒssingstr. 27 B
07745 JenaZielsetzung und Anlass des Vorhabens Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung einer Silikatisierungstechnologie von Metallen, die insbesondere im Automobilbau Anwendung finden. Sie wurden zum gegenwĂ€rtigen Zeitpunkt ĂŒberwiegend chromatisiert, beziehungsweise phosphatiert und chromatiert um einen verbesserten Korrosionsschutz durch eine gesteigerte Lack- und Klebstoffhaftung zu gewĂ€hrleisten. Diese nasschemische Vorbehandlung sind anlagentechnisch aufwendig und die Handhabung/Entsorgung der dabei eingesetzten Schwermetalle stellt hohe Anforderung an den Umweltschutz. Mit der dazu alternativen Technologieentwicklung ist der Aufbau von GerĂ€ten und Anlagenfunktionsmustern als Basis fĂŒr eine breite industrielle Einsetzbarkeit des Verfahrens vorzubereiten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden· Grundlegende Untersuchungen zur Abscheidung von Silicatschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie auf veredelten StahloberflĂ€chen (beispielsweise elektrolytisch oder feuerverzinkt). · Erarbeitung von Bedingungen, die ĂŒber ein breites Spektrum von Teilegeometrien beziehungsweise Coil-OberflĂ€chen eine reproduzierbare Abscheidung von Silikatschichten mit optimaler Bindung zur Unterlage und zum nachfolgend aufgebrachten Polymersystem (Klebstoff oder Lack) ermöglichten. · Untersuchung der technologischen Verfahrensparameter fĂŒr unterschiedliche GerĂ€tesystemen (von Handbearbeitungstechnik bis zu Laboranlagen). · Entwicklung eines MethodengerĂŒstes, das schwerpunktmĂ€ĂŸig die Elektronenmikroskopie, IR-Spektroskopie, Ellipsometrie und die Atomkraftmikroskopie zum Charakterisieren von Silikatschichten zu Verbundsystemen und zur AufklĂ€rung von Abscheidungsmechanismus beinhaltet. · Materialkundliche Untersuchungen beinhalteten PrĂŒfungen der Verbundfestigkeit der Substrate mit unterschiedlichen Polymersystemen, die als Klebstoffe und Lacke zum Einsatz kommen. Die Untersuchungen wurden bei unterschiedlichen Klimabelastungen durchgefĂŒhrt. · Ausgehend von den erzielten Ergebnissen wurde das Einsatzspektrum des Verfahrens auch auf weitere Substratmaterialien ausgedehnt. · Vergleichsweise wurde zur Erzielung höherer Schichtdicken eine plasmatechnologische Variante der Herstellung haftvermittelter Silikatschichten erarbeitet. Ergebnisse und Diskussion Im Ergebnis der Projektbearbeitung wurde das entwickelte Verfahren in GerĂ€tetypen unterschiedlichster Handhabbarkeit und FlĂ€chenbehandlungsgrĂ¶ĂŸen fĂŒr Laborexperimente umgesetzt. Diese LaborgerĂ€te waren die Grundlagen fĂŒr eine Weiterentwicklung zu marktfĂ€higen Produkten der Firma SurA GmbH. Durch Komplettierung dieser GerĂ€te mit den entwickelten Haftvermittlern konnte das Verfahren fĂŒr unterschiedlichste Einsatzgebiete in der Technik und Medizin umgesetzt werden. In Folge dieser Entwicklungsarbeiten entstanden das Medizinprodukt Pyrosil-Pen fĂŒr den Einsatz in der Dentaltechnik, das Glasbehandlungs-Set im Exklusiv-Vertrieb fĂŒr die Firma Bohle sowie ein Reparatur-Set, das demnĂ€chst im Automobilbaubereich fĂŒr die Aluminiumvorbehandlung eingefĂŒhrt wird. Basierend auf den durchgefĂŒhrten Grundlagenuntersuchungen zur Silikatbildung auf unterschiedlichen Aluminiumlegierungen sowie auf verzinkten StĂ€hlen konnte von der Firma SurA GmbH mit der Entwicklung von Anlagen fĂŒr den Dauer- und Großbetrieb begonnen werden. Als wesentliche Entwicklungsaufgabe erwies sich dabei die Schaffung von leistungsfĂ€higen Dosiervarianten fĂŒr Silanprecursoren. Mit der Entwicklung einer hochsensiblen Nachweistechnik fĂŒr extrem dĂŒnne Silikatschichten mit Hilfe dafĂŒr optimierter Methoden der IR-Spektroskopie und Ellipsometrie konnten die Voraussetzungen fĂŒr die Schichtanalytik in AbhĂ€ngigkeit von den Herstellungsbedingungen geschaffen werden. Damit wird es möglich, eine Übertragung der einmal erarbeiteten und optimierten Silikatisierungsbedingungen auf unterschiedlichste Applikationsfelder kontrolliert vorzunehmen. Voraussetzung fĂŒr eine systematische Erweiterung des Einsatzgebietes der Pyrosiltechnik war eine enge Zusammenarbeit mit zahlreichen Kooperationspartnern in der Lackbeschichtungstechnik. Durch die Firma Alcan wurden systematische Untersuchungen zum Korrosionsverhalten der Pyrosiltechnologie in Kombination mit unterschiedlichen Lacksystemen durchgefĂŒhrt. Im Vergleich zu anderen getesteten Vorbehandlungssystemen wurde die Pyrosiltechnik an vorderster Stelle bewertet und damit wichtige Voraussetzungen fĂŒr den Einsatz der Silikatisierungstechnologie im Automobilbau geschaffen. Durch den Aufbau von Demonstrationsanlagen in der letzten Projektphase war es möglich die Anwen-dungsgebiete des Verfahrens systematisch und signifikant zu erhöhen. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation FĂŒr die Öffentlichkeitsarbeit und die PrĂ€sentation des Verfahrens wurden mehrere Messen (3 x Hannover-Messe und 3 x Off-Tech, Essen) genutzt. DarĂŒber hinaus hat am 06.06.2000 eine PrĂ€sentation im Rahmen eines Gemeinschaftssymposium zum umweltgerechten Verfahren der OberflĂ€chentechnik in Frankfurt stattgefunden. Die Veranstaltung wurde gemeinsam von der DECHEMA, FDS-Dresden, DFO, DGO, AiF, FEM, GfKORR und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt OsnabrĂŒck getragen. In Zusammenarbeit mit der Firma arcotec GmbH, Mönsheim, wird eine gemeinsame Vermarktung der Technologie durchgefĂŒhrt. Im Ergebnis wird sich die Zahl der MesseprĂ€sentationen im Jahr 2001 europaweit drastisch erhöhen. Fazit Die Projektförderung ermöglichte die notwendige Vorlaufforschung und Umsetzung eines alternativen und umweltfreundlichen OberflĂ€chenvorbehandlungsverfahrens. Die bereits erreichten umweltrelevanten und wirtschaftlichen Ergebnisse aus der Verbreitung bestĂ€tigen die Effizienz der ProjektdurchfĂŒhrung. Silizium ist nach Sauerstoff das am weitesten verbreitete Element der Erde. Das Verfahren nutzt organische Siliziumverbindungen, die dem Brenngas zudosiert und bei der Verbrennung zersetzt werden. Silikate (Sauerstoffverbindungen von Silizium) werden auf der BlechoberflĂ€che abgeschieden, vernetzen sich und bilden eine tragfĂ€hige Schutzschicht aus. Die Reaktionskinetik und die Prozesse bei der Abscheidung sind aber noch nicht vollstĂ€ndig aufgeklĂ€rt. Nach den Ergebnissen eines internationalen Korrosionstestes verschiedener Verfahren wird die Silicoatertechnik von Alcan fĂŒr alle europĂ€ischen Automobilhersteller bei der Reparatur von Aluminiumkarossen empfohlen. Als erster Schritt ist die Listung des Silicoaterverfahrens als Reparaturtechnologie bei BMW (USA) erfolgt. Weitere Untersuchungen zur OberflĂ€chenbehandlung laufen zur Beschichtung von Stahl und verzinktem Stahlblech bei der Thyssen-Krupp Stahl GmbH in Abstimmung mit den Automobilfirmen.

Übersicht

Telefon

03641/2049-80

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Bundesland

ThĂŒringen

Fördersumme

712.989,37 €

Förderzeitraum

13.02.1997 - 12.07.2001

Internet

www.sura-instruments.de