Nanobeschichtung für Zinkdruckgussteile

Ein Hersteller von Zinkdruckgussteilen setzt eine neuartige Nanobeschichtung zur Beschichtung von Bauteilen für die Automobilindustrie ein. Versuche zeigen, dass diese auch im Vergleich zu galvanischen Beschichtungen eine sehr gute Schutzwirkung in Bezug auf Abrieb und Korrosion bietet.

Föhlan heißt eine neuartige Nanobeschichtung in Kombination mit einer Dünnschichtpassivierung von Zinkdruckgussteilen, die eine interessante Alternative zu galvanischen Verfahren darstellt. Sie bietet entsprechenden Versuchen zufolge einen sehr guten Schutz vor Abrieb und Korrosion. Das bei der Adolf Föhl GmbH inhouse entwickelte Verfahren wurde auf der GIFA vorgestellt. Föhl setzt die neue Beschichtung sowohl im chinesischen Werk in Taicang als auch im deutschen Produktionswerk in Michelau bereits zur Beschichtung von Bauteilen für die Automobilindustrie ein. Hier werden unter anderem Bodenplatten für die Antenne des Transportermodells eines namhaften deutschen Premiumherstellers beschichtet.

Angestoßen durch das allgemeine, europaweite Stoffverbot für Chrom-VI-haltige Oberflächen, wurde Föhlan als Alternative zu galvanischen Verfahren konzipiert. Nach mehrjähriger Entwicklungszeit bietet die neue Technologie laut Hersteller einen ausgezeichneten Korrosionsschutz und darüber hinaus wirtschaftliche und ökologische Vorteile. So überzeugt die neue Methode mit einem Einsparungspotenzial im zweistelligen Prozentbereich und einer hohen Korrosionsbeständigkeit bei einer Schichtstärke von nur etwa 2 Mikrometer. Im Gegensatz zu galvanischen Prozessen ist sowohl eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung gegeben als auch der Schutz in Hohlräumen gewährleistet. Dabei schont das Schichtsystem Ressourcen gleich auf mehreren Ebenen: Mit einer geringeren Anzahl an Prozessschritten und einer Beschichtungszeit von nur wenigen Minuten können die Passivierungsmaschinen effektiv und direkt beim Anwender aufgestellt werden. Dadurch sinkt der Logistik-Aufwand bei einer gleichzeitig erhöhten Stückzahl, auch gehen die transportbedingten Schäden zurück.

Als grüne Technologie arbeitet Föhlan nicht nur energieeffizienter als viele gängige Beschichtungsverfahren für Zink-Teile. Der chemisch-physikalische Prozess kommt in der Vorbehandlung ohne Beizen aus, vermeidet so Abwasserproblematiken und bedarf keinerlei Genehmigungsverfahren, noch greifen etwaige Störfallverordnungen. Denn als Grundlage werden für die Aktivierung alkalische Flüssigkeiten statt Säure eingesetzt, die Passivierung erfolgt auf Chrom(III)-Basis, die verwendeten Nanopartikel bestehen aus anorganischem SiO2 sowie einem organischen polymer-
ähnlichem Stoff, der zu 100 Prozent biologisch abbaubar, nicht brennbar und nicht ätzend ist. Dabei wirkt die Passivierungsschicht, die lediglich eine Schichtdicke von 0,2 bis 0,8 Mikrometer aufweist, wie ein Haftvermittler für die Nanoschicht. Zur Versiegelung werden die Nanopartikel durch osmotische Effekte angesaugt und in Kapillaren eingelagert. Die Nanobeschichtung ist mit einem Auftrag von nur 0,5 bis 1,0 Mikrometer möglich. Dadurch entstehen Gesamtschichtdicken von nur 1 bis 2 Mikrometer, während eine galvanische Chrom(III)-Beschichtung etwa 10 Mikrometern dick ist und damit die Maßhaftigkeit beeinflusst.

Neben positiven wirtschaftlichen und ökologischen Effekten überzeugt diese neue Oberflächenbehandlung mit Nanopartikeln vor allem mit ihrer Korrosionsbeständigkeit und bietet im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren einen gleich starken oder sogar besseren Korrosionsschutz. Externe Laboruntersuchungen im Salzsprühnebeltest belegen nach DIN EN ISO 9227-NSS eine Korrosionsbeständigkeit von bis zu 640 Stunden und für die Nanobeschichtung den geringstenAngriff, bessere tribologische Eigenschaften sowie eine bessere Abriebfestigkeit als bei galvanischen Beschichtungen. Konkret wurden zum Vergleich folgende Proben herangezogen: verzinkt + blauchromatiert, verzinkt + dickschichtpassiviert, verzinkt + dickschichtversiegelt und Zn-Fe + dickschichtversiegelt.

Makroskopisch zeigt sich die Nanobeschichtung am stabilsten mit den geringsten Verschleißspuren. Der Gewichtsverlust bestätigt dieses Bild:  bei der Nanobeschichtung betrug er lediglich 3,25 Gramm, bei den übrigen Beschichtungen hingegen 11 bis 15,25 Gramm. Der Reibwertverlauf der Nanobeschichtung zeigt ein stabiles Niveau. Wobei zwei Proben zwischen 0,3 und 0,4 liegen, die anderen zwei bei 0,6. Im Gegensatz dazu zeigen die anderen Beschichtungen im Test nach kurzer Einlaufphase ein stabiles Reibniveau um 0,8. Die Schwankungsbreite sowie der Reibwertverlauf deuten auf ein abrasives Verschleißverhalten hin. Die Verschleißspurtiefe der Nanobeschichtung ist mit maximal 48 Mikrometer am geringsten. Die anderen getesteten Beschichtungen zeigten Tiefen von 65 Mikrometer bis 147 Mikrometer.

Effizient ist nicht nur die Beschichtung selbst, sondern auch der gesamte Prozessablauf. Im Vergleich zu Galvanikbädern bietet Föhlan nicht nur positive Aspekte im Bereich des Umweltschutzes, sondern im gesamten Workflow: Arbeitsschritte sind stark reduziert und Vorgänge wie die Trocknung vereinfacht. Die Qualitätssicherung der neuen Föhlan-Anlagen erfolgen über Strömungswächter zur Erkennung, ob die Teile von Flüssigkeit umspült werden, sowie PH- und LF-Sonden zur Kontrolle von Prozessbad- und Spülwasserqualität. Darüber hinaus wird über interne und externe Analysen die automatische Zudosierung geprüft. Abschließend erfolgt pro Charge eine externe Korrosionsprüfung per Salzsprühtest.

Zusammenfassend bietet Föhlan eine interessante ernstzunehmende Alternative für den Korrosionsschutz von Zink-Teilen und hat sich auch schon in der Praxis bewährt. Mit Blick auf stetig striktere Umweltauflagen sprechen viele Vorteile für sich.

► Föhl GmbH

► www.foehl.de