Nanotechnologie 07.09.2001, 17:30 Uhr

Präziser Oberflächenschutz gelingt der Nanotechnik auch ohne Chrom

Hoch präziser Verschleiß- und Korrosionsschutz gelingt auch ohne Chrom.

Aluminium und Magnesium sind als Konstruktionswerkstoffe im Automobil- und Flugzeugbau zunehmend gefragt. Konventionelle Lacke halten auf diesen Leichtmetallen nur nach vorangegangener Chromatierung mit Chrom-VI. Doch ab 2003 ist dieses als umweltbelastend eingestufte Verfahren in den meisten Einsatzgebieten verboten. Die chemische Nanotechnik bietet eine Alternative, die es erlaubt, auf die Chromatierung schon heute gänzlich zu verzichten. Darüber hinaus ermöglicht die chemische Nanotechnik anorganisch-organische Hybridpolymere, wie sie die NTC Nano Tech Coatings auf der 4. Internationalen Fachmesse „Materialica“ vom 1. bis 4. Oktober in München präsentiert. Damit gelingt es, die Zahl der Lackschichten in vielen Fällen auf nur eine einzige zu reduzieren. Die mit Nanopartikeln erzeugten dünne Schichten weisen nicht nur sehr gute korrosionsschützenden Eigenschaften auf, sondern können auch farbig pigmentiert werden.

Ein anderes Verfahren zur chromfreien Passivierung von Magnesium-Werkstoffen präsentiert die AHC-Oberflächentechnik aus Kerpen auf der Messe. Durch Tauchen wird der Werkstoff mit einer chromfreien, anorganischen, wässrigen Passivierungslösung behandelt. Es entsteht eine Konversionsschicht, die aus Oxiden der Passivierungslösung und des Grundwerkstoffs besteht. Mit diesem Verfahren können Magnesium-Werkstoffe oberflächenbehandelt werden.

Die chromfreie Passivschicht allein dient als temporärer Korrosionsschutz sowie zur Verbesserung der Haftung und Witterungsbeständigkeit von Lackierungen. Als Teil eines Schichtsystems mit anschließender Lackierung wird sie insbesondere für den Korrosionsschutz von Bauteilen eingesetzt. Solche chromfreien Passivierungen finden auch im Maschinenbau, in der Elektrotechnik oder in der Luft- und Raumfahrt zunehmende Anwendung.

Die Passivschicht entsteht konturengetreu und gleichmäßig selbst auf komplizierten Oberflächen wie Kanten, Hohlräumen, Reliefs, Bohrungen oder Sacklöchern. Die Schicht ist elektrisch leitfähig und kann nicht nur lackiert, sondern auch beklebt werden. Je nach Legierung erscheint die weniger als 1 µm dicke Passivschicht in unterschiedlichen Farbtönen von grau bis goldbraun.

Beim PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) wird ein Werkstück im Plasma in einer Vakuumanlage beschichtet. Die Technik beruht auf dem physikalischen Prinzip der Kathodenzerstäubung mit Magnetfeldunterstützung. Bei diesem Verfahren, auch „Magnetron-Sputtering“ genannt, wird das Beschichtungsmaterial (beispielsweise Titan oder Zirkon) aus einer festen Platte durch Ionenbeschuss in die Gasphase überführt. Das Beschichtungsmaterial wird somit zum Bestandteil des hochreaktiven Plasmas. Das Magnetfeld erhöht die Energie des Plasmas im Beschichtungsbereich, der hohe Energieeintrag begünstigt Reaktionen, die zur Bildung von Hartstoffen führen. Dem Plasma werden außerdem stickstoff-, kohlenstoff- und sauerstoffhaltige Reaktivgase zugeführt. So bilden sich Nitride, Karbide und Oxide, die sich auf die zu beschichtenden Werkstücke niederschlagen. Bauteile für Maschinen- und Motortechnik, Luftfahrt, Gerätebau, medizin-technische Komponenten oder Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung erhalten heute solche PVD-Oberflächen. Insbesondere Gleitschichten wie das oxid-keramische kohlenstoffhaltige Mehrlagen-Schichtsystem „Carborid-Spezial-NT“ der Hartec Hartstoffe+Dünnschichttechnik GmbH gewinnen wegen ihrer hohen Härte bei gleichzeitig niedrigem Reibwert als Konstruktionswerkstoff an Bedeutung.

In Biotechnologie, Analytik und Medizin werden nanotechnologisch beschichtete Kapillarrohre für die unterschiedlichsten Flüssigkeiten benötigt. Auf solche Spezialbeschichtungen hat sich die Saarbrücker Surface Contacts spezialisiert. Das Innere der Kapillarrohre erhält dabei eine Beschichtung, die die Oberfläche stark glättet. Fluorierte Bestandteile machen die Innenseite der Kapillaren zusätzlich Wasser und Öl abweisend. Damit werden Verschleppungen reduziert und die Geräte sind leicht zu reinigen. ERM/Si

Von Erm/Jürgen Siebenlist
Von Erm/Jürgen Siebenlist

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