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Hartchrom

Chromeigenschaften ohne Chrom(VI) erreichen

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Alternativen zu Hartchrom können sogar Mehrwert bieten

Was Härtegrad, Korrosionsschutz, die Anwendung in Aussparungen und Gewinden sowie die Gefahr von Lochfraß und Abplatzern unter hohen Belastungen betrifft, so stößt aber auch Hartchrom gelegentlich an seine Grenzen.

Hier können Alternativverfahren sogar einen Mehrwert im Vergleich zu Hartchrom bieten. Eine in der Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend eingesetzte Alternative sind laut Oerlikon Balzers PVD-Beschichtungen. Sie sind eine Reach-konforme Option für Hartchrom. Beschichtungen nach dem Prinzip der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD/Physical Vapour Deposition) bieten viele ähnliche Eigenschaften und sind Hartchrom in mancher Hinsicht sogar überlegen, wie es heißt.

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Zu den PVD-Optionen gehören mehrere Beschichtungsverfahren auf Kohlenstoffbasis, die eine Kombination aus Oberflächenhärte, niedrigem Reibungskoeffizienten und Korrosionsschutz bieten. Als Beispiel nennt der Hersteller Balinit C: Der Flugzeughersteller Airbus hat angekündigt, den Einsatz dieser Beschichtung auf Kupferlegierungen auszudehnen – ein Substrat, das häufig für Lager und Buchsen in Flugzeugfahrwerken und deren Verbindung zum Flugzeugrahmen verwendet wird. Zuvor hatte Airbus der PVD-Beschichtung bereits eine Zulassung für Stahl-, Titan- und Inconelsubstrate erteilt.

Wolframcarbid-Kohlenstoff-Schicht vereinfacht Prozess

Bei der Herstellung von Balinit C, einer Wolframcarbid-Kohlenstoff-Schicht, verwendet Oerlikon Balzers eine Mischung aus Metall und diamantähnlichem Kohlenstoff. Die Schicht wird in einer Dicke von 1 bis 5 μm aufgebracht, was den Einsatz an Wälzlagern und Fahrwerksteilen ermöglicht. Am Ende steht ein glänzendes Oberflächenfinish und dank der Gleichmäßigkeit dieser Schicht entfällt die Nachbearbeitung. Das ist ein Vorteil im Vergleich zur Hartverchromung, die auf Toleranzen zurückgeschliffen und poliert werden muss, um ein einheitliches Finish zu erzielen.

Balinit C bietet laut Hersteller eine stärkere Haftung auf metallischen Untergründen als Hartchrom, eine hohe Tragfähigkeit und Abriebfestigkeit sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten; es reduziert Lochfraß und Passungsrost an gleitenden oder beweglichen Teilen eines Flugzeugs, wie sie in Stellgliedern, Klappensystemen und Pumpen vorkommen. Dadurch ist die Beschichtung für schmierungsarme und sogar schmierungsfreie Anwendungen geeignet.

Auch Lager gehören zu den Bauteilen, die unter starkem und ungleichmäßigem Verschleiß leiden. Die Beschichtung eignet sich für Einsatz-, Kugel- und Wälzlagerstähle, wie es heißt, da sie bei Temperaturen unter 200 °C aufgetragen werden kann. Sie kann nicht nur auf innere und äußere Laufringe und Zylinder, sondern auch auf die Kugeln in Kugellagern in einer sehr gleichmäßigen Schichtdicke von 0,5 bis 1,0 μm aufgebracht werden. Der leichten Rauheitszunahme steht die gute Polierbarkeit der Beschichtung gegenüber, die die Laufbahn von Innen- und Außenringen glättet und einen zusätzlichen Schutz vor Abrieb und Lochfraß bietet.

Ersatz für galvanische Schicht schützt Zinkdruckguss-Teile

Als Dünnschichtpassivierung von Zinkdruckguss-Teilen zum Schutz vor Abrieb und Korrosion hat die Adolf Föhl GmbH eine Nanobeschichtung namens „Föhlan“ auf den Markt gebracht. Das Verfahren ist bereits zur Beschichtung von Bauteilen für die Automobilindustrie im Einsatz, wie das Unternehmen mitteilt.

Der Hersteller hat Föhlan als Alternative insbesondere zu galvanischen Beschichtungen wie Chrom(VI)-Beschichtungen konzipiert. Es bietet neben dem Korrosionsschutz auch wirtschaftliche und ökologische Vorteile, wie es heißt. So bietet die neue Methode Einsparungspotenzial im zweistelligen Prozentbereich und eine hohe Korrosionsbeständigkeit bei einer Schichtstärke von nur circa 2 μm. Im Gegensatz zur Galvanik ist sowohl eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung als auch der Schutz in Hohlräumen gegeben. Dabei schont Föhlan Ressourcen gleich auf mehreren Ebenen: Mit einer geringeren Anzahl an Prozessschritten und einer Beschichtungszeit von nur wenigen Minuten arbeiten die Passivierungsmaschinen effektiv und direkt beim Gießer Föhl, wie der Hersteller mitteilt.

Föhlan arbeitet nicht nur energiesparsamer als die gängigen Beschichtungsverfahren für Zinkteile. Der chemisch-physikalische Prozess kommt in der Vorbehandlung ohne Verätzung aus, vermeidet jegliche Abwasserproblematik und bedarf keiner Genehmigungsverfahren, noch greifen etwaige Störfallverordnungen.

Nanobeschichtung in vielen Punkten umweltfreundlicher

Denn als Grundlage werden für die Aktivierung alkalische Flüssigkeiten statt Säure eingesetzt, die Passivierung erfolgt auf Chrom
(III)-Basis und die Nanopartikel bestehen aus anorganischem SiO2 sowie einem organischen, polymerähnlichem Stoff, der 100-prozentig biologisch abbaubar, nicht brennbar und nicht ätzend ist. Dabei wirkt die Passivierungsschicht, die lediglich eine Dicke von 0,2 bis 0,8 μm 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 μm möglich. Föhlan weist insgesamt nur eine Schichtdicke von 1 bis 2 μm auf, während eine galvanische Chrom(III)-Beschichtung mit circa 10 μm aufgebracht wird.

Daneben bietet die neue Oberflächenbehandlung mit Nanopartikeln im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren einen gleich starken oder besseren Korrosionsschutz. So hat sich laut Anbieter das Verfahren bereits in der Praxis bewährt. Zudem belegen externe Laboruntersuchungen im Salzsprühnebeltest – nach DIN EN ISO 9227-NSS – eine Korrosionsbeständigkeit von bis zu 640 h und für die Nanobeschichtung den geringsten Angriff, bessere tribologische Eigenschaften sowie eine höhere Abriebfestigkeit als bei galvanischen Beschichtungen.

Auf der Suche nach einer geeigneten Alternative für Hartchrom gibt es mittlerweile verschiedene Möglichkeiten. Eine davon ist das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, das am Fraunhofer-ILT in Aachen entwickelt wurde und das beispielsweise Trumpf anbietet.

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