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Industrie diskutiert heftig über Chrom(VI)-Alternativen

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Forscher arbeiten ebenfalls an Alternativen zu Chrom(VI)

Auch die Forschung hat sich emsig dem Ersatz von Chrom(VI)-Beschichtungen gewidmet, beispielsweise im Rahmen des europäischen Projekts Alti2de (Alternative coatings for cadmium and hard chromium with potential for the 2nd generation development). So stellte Dr. Luc Langer, General Manager des belgischen Forschungszentrums Materianova, Niederdruckplasma und Dünnschichtprozesse als alternative Beschichtungen zu Cadmium und Hartchrom vor. Sein Institut habe beispielsweise Wolframcarbidschichten mittels PVD in einer Argon- oder Acetylenatmosphäre erzeugt. „Bei einer niedrigen Acetylenkonzentration verdoppelt sich die Härte im Vergleich zu Hartchromschichten“, konnte er aus seinen Labors berichten.

Eine andere Möglichkeit sei die Ionenimplantation, die keine Beschichtung erzeuge, sondern die Metalloberfläche selbst verändere. Damit ließen sich Verschleißschutz und Härte erhöhen, die Rauigkeit und die Grenzflächen senken, der Korrosionsschutz erhöhen sowie die Porosität und die Dicke teurer Materialien reduzieren. Die Härte fällt aber bei diesem Verfahren ab höheren Dosen ab, wie er am Beispiel der Implantation von N2 in 1 mm dicken DC06-Stahl zeigte. „Es gilt das Optimum zu finden, aber wir kommen mit der Härte schon in die Nähe von Hartchrom“, sagte Langer.

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Mehrschichtsystem mit Diamond-like Carbon doppelt so hart wie Hartchromschicht

Eine weitere Option stellt ein Mehrschichtsystem dar, das ebenfalls bei Materianova entwickelt wurde: Mittels Sputtern haben die Forscher erst eine 0,5 µm dicke Chromschicht erzeugt, darauf kamen dann eine 2,5 µm dicke Chromnitridschicht, dann eine Cr/C oder CrN/C-Pufferschicht und abschließend eine 0,5 µm dicke Diamond-like-Carbon-Beschichtung (DLC) für die tribologischen Eigenschaften. Ohne die abschließende DLC-Schicht habe das Mehrschichtsystem eine etwas höhere Härte als eine 5 µm dicke Hartchromschicht erreicht, mit DLC sei sie mehr als doppelt so hart gewesen. Das DLC habe zudem die Reibung und den Verschleiß stark gesenkt.

Wie sich Hartchrom aus wässrigen Chrom(III)-Elektrolyten abscheiden lässt, erläuterte Dr. Andreas Dietz vom Fraunhofer-IST. Ebenfalls im Rahmen des Alti2de-Projekts hatten die Fraunhofer-Forscher auf Blechen mit Chrom(III)-Bädern Schichten erzeugt, deren Risse allerdings durch die gesamte Beschichtung bis zum Substrat durchgingen. Das Problem sei bei allen Chrom(III)-Elektrolyten aufgetreten. „Wir haben teils auch Schichten fast ohne Risse erzeugt, und das reproduzierbar, aber die Ursache ist noch nicht geklärt“, berichtete Dietz weiter. Diese seien auf der von der Anode abgewandten Bauteilseite und auch bei rotierenden Bauteilen entstanden. Die Zugabe von Netzmittel habe die Rissdichte ebenfalls deutlich verringert.

Ein gutes Ergebnis habe sich beim Glattwalzen eines mittels Chrom(III)-Elektrolyten beschichteten Zylinders gezeigt: Die Schicht ist laut Dietz gleichmäßig erhalten geblieben, es habe kein Abplatzen gegeben. Auch die Härte nach Vickers liege zumeist zwischen 1200 und 1600. Probleme gebe es allerdings noch mit Abplatzungen an den Kanten und schwarzen Verfärbungen. „Wir haben noch viel zu tun, aber wir sind auf dem richtigen Weg“, bilanzierte Dietz.

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 Stéphane Itasse

Stéphane Itasse

, MM MaschinenMarkt