Ziel der Entwicklung
Die Sicherung der Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumbauteilen auf der Basis chromfreier Vorbehandlungssysteme ist wirtschaftlich von hoher Priorität, da durch die Einstufung von Chromat als SVHC sogar ein allgemeines Verwendungsverbot von Aluminium im Bauwesen droht. Im Gegensatz zu den Chromatschichten sind die in den modernen Konversionsbehandlungen aufgebrachten Titan- bzw. Zirkon-haltigen Schichten nur wenige nm dick. Der bei Cr(VI)-Schichten übliche gravimetrische Nachweis kann somit nicht mehr eingesetzt werden. Bei einem Schadensfall bestehen daher große Unsicherheiten hinsichtlich der Bestimmung der Qualität der Konversionsschicht. So ist der Titan- und Zirkonnachweis schwierig, da der Gehalt dieser Metalle in der Aluminiummatrix bzw. in den oberflächennahen Bereichen (Walz- und Gusshäute) ähnlich hohe Werte annimmt wie in der Konversionsschicht.
Innerhalb des Projektes sollten die im Prozess eingesetzten Messmethoden UV-VIS-Spektroskopie und Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFA) im Vergleich zur tiefenaufgelösten Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) angewandt werden. Über Kalibrierreihen sollen die Änderungen in der Zusammensetzung nach einem Korrosionsangriff umfassend untersucht werden.
Das Projektziel bestand in der Definition einer oder mehrere Messmethoden, mit denen es im Schadensfall durch wenig aufwändige Untersuchungen der Schadensfalloberfläche und mehrerer Substratoberflächen möglich ist, eine Aussage über die Konversionsschicht zu treffen.
Vorteile und Lösungen
Innerhalb des Projektes konnten umfangreiche Erkenntnisse über die Natur von chromfreien, umweltfreundlichen Konversionsschichten gewonnen werden, insbesondere zum Zusammenspiel Substratmaterial – Vorbehandlung -Konversionsschicht – beschichtete Konversionsschicht.
Verschiedene, im Projekt getestete RFA-Messverfahren erwiesen sich schlussendlich als ungeeignet. Die UV-VIS-Spektrometrie wurden mit zwei Messverfahren (dem Ablöseverfahren und zum anderen mit dem Reflexionsverfahren) ebenfalls versuchsweise eingesetzt, bedarf zur Einsatzfähigkeit aber noch weiteterFuE-Arbeiten.
Als sehr universell einsetzbares Messgerät hat sich dagegen die wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenz erwiesen. Insbesondere für titanbasierte Systeme können hoch präzise Bestimmungen des Titangehaltes/Titansignales durchgeführt werden. Wesentlichen Anteil an den gefundenen, positiven Projektergebnissen hatte die Entwicklung eines optimierten Entlackungsverfahrens zur Probenpräparation (d. h. Zugänglichmachung einer vorbehandelten, aber lackfreien Oberfläche) und zur getrennten Erfassung der Signalintensitäten von Substrat und Konversionsschicht.
In der folgenden Abbildung sind Ergebnisse von Proben aus einem realen Produktionsprozess dargestellt.
Der Substratpeak schwankt im Gegensatz zum Ti-Peak der Konversionsschicht nur leicht. Es muss also zu deutlichen Schwankungen innerhalb des Produktionsprozesses gekommen sein.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Anteil Aluminium, der im Bauwesen eingesetzt wird, beträgt ca. 15Prozent des Gesamtbedarfs. Im Jahr 2007 waren das 520 Tt. Davon werden 208 Tt, also 40 Prozent, mit einer organischen Beschichtung überzogen. Schon allein für die in der GSB International organisierten deutschen kmU liegt der geschätzte Umsatz für die Stückbeschichtung von Bauteilen im Bauwesen bei 765 Mio. Euro pro Jahr. Unter der Voraussetzung, dass die Aufwendungen für Reklamationen, die i.d.R. 1 Prozent des Jahresumsatzes ausmachen, durch die Optimierungsmaßnahme um nur 20 Prozent reduziert werden können, würden sich allein für die in der GSB organisierten Beschichter von Aluminiumbauteilen im Bauwesen jährliche Einsparungen in Höhe von rd. 1,5 Mio. Euro ergeben. Unter Miteinbeziehung weiterer Kooperationspartner bzw. Kundenkreise (z. B. anderer Gütegemeinschaften) sowie unter Berücksichtigung weiterer Industriezweige, wie z.B. dem Fahrzeug- und Flugzeugbau, vervielfachen sich diese Ergebnisse noch.
Durch die im Projekt erzielten Methodenentwicklungen bzw. -erweiterungen wurden für den wirtschaftlichen Geschäftsbetrieb des iLF Magdeburg gGmbH zwei wesentliche Ziele erreicht: Einerseits kann in der Zusammenarbeit mit den Lohnbeschichtern eine qualitätssichernde Audit- oder auch Beratungsfunktion seitens des iLF erfolgen. Andererseits können im Kundenauftrag bei Reklamationsfällen die Konversionsschichten und die Korrosionsanfälligkeit zuverlässig begutachtet werden.