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Hartchrom

Chromeigenschaften ohne Chrom(VI) erreichen

| Autor/ Redakteur: Stéphane Itasse / Stéphane Itasse

Auch wenn die Verchromung mit Chrom(VI)-Elektrolyten unter bestimmten Bedingungen erlaubt bleibt – der politische Druck durch die EU-Verordnung Reach veranlasst die Anwender dazu, sich nach Alternativen umzusehen. Davon gibt es immer mehr.

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Hartchrom findet man bei Anwendungen wie Flugzeugstrukturen, Fahrwerken oder Motorlagern.
Hartchrom findet man bei Anwendungen wie Flugzeugstrukturen, Fahrwerken oder Motorlagern.
(Bild: Andre Hamann - stock.adobe.com)

Dass Chrom(VI) inzwischen mehr gefürchtet als geliebt ist, liegt an den mittlerweile bekannt gewordenen Gesundheitsrisiken für Mitarbeiter sowie an den Umweltgefahren durch die Freisetzung von Chrom(VI): Der krebserregende Stoff entsteht während der Verchromung und stellt die schädlichste Oxidationsstufe von Chrom dar.

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Daher unterliegt Chrom in wichtigen Märkten weltweit strengen Auflagen. In der EU fällt Chrom(VI) unter die Reach-Verordnung, in der Richtlinien für die sichere Verwendung von Chemikalien in der Lieferkette festgelegt sind. Auch in den Vereinigten Staaten wird Chrom von der OSHA streng reglementiert. Künftig dürften die Regulierungen eher strenger werden. „Zum jetzigen Zeitpunkt kann niemand sagen, wie es mit der Verwendung von Chrom(VI) über das Jahr 2024 hinaus weitergehen wird“, sagte beispielsweise Dr. Simon Pape, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Atotech, auf den jüngsten Oberflächentagen des Zentralverbands Oberflächentechnik (ZVO) in Berlin.

Chrom(III) als ungefährliche Alternative zu Chrom(VI)

Neben dem hochgiftigen, krebserregenden und das Erbgut verändernden Chrom(VI) gibt es allerdings noch das harmlose Chrom (III). Welche Erfahrungen Atotech und seine Kunden bei der Hartverchromung mit Chrom(III)-Elektrolyten gemacht haben, berichtete Pape auf den Oberflächentagen 2019 in Berlin. Der Chemiehersteller hat einen Elektrolyten namens Blu-Cr erstmals 2015 vorgestellt, aktuell wird er bei sechs Kunden weltweit in Pilotanlagen eingesetzt. Das Erscheinungsbild der aus Chrom(III) abgeschiedenen Schicht ist vergleichbar mit auf Basis von Chrom(VI) erzeugten Schichten. Bei Stangen für Hydraulikanwendungen ergab sich mit Blu-Cr bei der Schichtdickenverteilung eine mittlere Abweichung von 8 %. Die Haftung war gut, sogar bei einem Kundentest, die dem der Kunde die verchromte Hydraulikstange in einer Drehmaschine bearbeitete, ohne dass es zu Delaminationen der Chromschicht kam.

Wurden die Hydraulikstangen noch mit Schleifen und Polieren nachbearbeitet, konnte die Härte der aus Chrom(III) erzeugten Schicht etwas erhöht werden, lag aber mit etwa 900 HV noch unter den Werten von Chrom(VI)-basierten Schichten. Die Rauigkeitswerte hingegen lagen mit circa 0,4 μm unter den Werten von Chrom(VI). Versuche bei Stoßdämpfern, die mit Blu-Cr beschichtet waren, zeigten zudem, dass sich die Härte mittels Wärmebehandlung auf etwa 1000 HV steigern ließ – und damit in den Bereich von Hartchromschichten, die konventionell aus Chrom(VI) erzeugt werden. Auch Biegetests und Dauertests, Letztere mit 1 Mio. Testzyklen und teilweise mit Scherkräften, überstanden die Chrom(III)-basierten Schichten einwandfrei.

Allerdings muss der Prozess für Blu-Cr im Vergleich zum relativ robusten Hartchromprozess mit Chrom(VI) genauer geführt werden, räumte Pape ein. Auch die Abwässer sind bei dem neuen Verfahren schwerer zu behandeln.

Hartchromersatz geht auch ganz ohne Chrom

Möglichkeiten jenseits des Chroms bietet der Beschichtungsspezialist Oerlikon Balzers seinen Kunden in der Luft- und Raumfahrtindustrie an. Dort sind Hartverchromungen auf unzähligen Bauteilen zu finden, wie das Unternehmen mitteilt. Lange Zeit geschätzt für seine Härte, die Fähigkeit, den Gleitverschleiß zu minimieren, den Korrosionsschutz zu verbessern und Metallteile langlebiger zu machen, findet man Hartchrom in vielen Anwendungen wie Strukturbauteilen, Fahrwerken, Motorlagern und Flugzeugrahmen. Oft wird Hartchrom aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten an beweglichen Teilen eingesetzt, wo es zu einem direkten Kontakt zwischen Metallflächen kommt.

Vor diesem Hintergrund müssen Luft- und Raumfahrtunternehmen die Verwendung von Hartchrom überdenken sowie die technische Auswirkung einer Substitution analysieren. Das ist kein leichtes Unterfangen, da jedes Teil, das derzeit hartverchromt wird, auf seine Funktionalität, seine Verbindung zu anderen Teilen, Verschleißmechanismen, Schmierungsbedarf und Umweltbedingungen überprüft werden muss. Eine solche Neubewertung der technischen Eigenschaften ist aber unumgänglich, da sich Hartchrom nicht eins zu eins ersetzen lässt.

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