Vor allem wegen des Korrosionsschutzes sind selbstheilende Oberflächen gefragt. Bei Chrom(VI) war diese Funktionalität gegeben, doch durch das Verbot müssen Industrie und Forschung neue Lösungsansätze entwickeln.
Mit Chrom(VI) funktionierte der Selbstheilungseffekt noch. Hatte chromatiertes Schüttgut etwa durch mechanische Beschädigung Kratzer abbekommen, konnten im Salzsprühschrank lösliche Chromate aus der Schicht ausgewaschen und über die Kratzer gespült werden, dort nachpassivieren. Sie besaßen somit eine Pufferwirkung. Seitdem aber sowohl in der Automobil- als auch in der Elektroindustrie der Einsatz von Chrom VI verboten ist, sind Experten auf der Suche nach Alternativen, die den Selbstheilungseffekt sicherstellen.
„Es ist ein zentrales Thema unserer Mitgliedsunternehmen, diese Art von intelligente Oberflächen zu entwickeln“, sagt Christoph Matheis, Hauptgeschäftsführer des Zentralverbands Oberflächentechnik. Von vielen Herstellern wird derzeit der Einsatz von Konversionsschichten auf Zink- oder Zinklegierungsschichten favorisiert, die auf dreiwertigem Chrom basieren.
Der Vorteile: Der Korrosionsschutz ist gegeben – und die Toxität und Umweltschädlichkeit im Vergleich zu Chrom(VI)-Beschichtungen sind deutlich geringer. Der Nachteil: Die Chrom(III)-Passivierung ist vollständig unlöslich und bietet von Natur aus keinen Selbstheilungseffekt bei Verletzung der Schicht.
„Die Silikate bewegen sich nun einmal nicht. Deshalb kann man auch bei den jüngsten Ansätzen nie von einem wirklichen Selbstheilungseffekt sprechen, nur die Performance der heutigen Lösungen ist im Hinblick auf diese Funktionalität mit der von Chrom(VI) vergleichbar“, stellt Klaus Gradtke klar, Experte bei der Atotech Deutschland GmbH, Trebur. Das Unternehmen nutzt für den Einsatzzweck eine Korrelation aus zwei Reaktionen: Bei einer Beschädigung des Bauteils kommt es nur kurz zu einer Korrosion der Zinklegierung. Zudem wird die Oberfläche mit einer geschlossenen, dünnschichtigen reaktiven Versiegelung mit einer Schichtdicke von unter 1 μm überzogen. Hierbei handelt es sich um eine elektrisch isolierte Fläche, die nicht von Wasser oder Sauerstoff unterwandert werden kann. „Durch diesen zusätzlichen Beschichtungsprozess reduzieren wir Beschädigungen am Schüttgut von vornherein auf ein Minimum“, so Gradtke.
Die Coventya GmbH, Gütersloh, geht indes einen anderen Weg und lagert in die Passivierung Nanopartikel, genauer: Siliziumdioxid-Partikel, ein. Wird die unter der Chrom(III)-Schicht liegende Zinkschicht durch eine Beschädigung freigelegt, bildet sich an der Stelle eine positive Oberflächenladung aus. Die Siliziumdioxid-Partikel tragen eine negative Oberflächenladung, wandern zu der Schadstelle und decken diese neu ab. Diese nanopartikelhaltige Passivierungen erzeugen dickere Schichten im Bereich einiger hundert nm. Für die von Coventya entwickelte Passivierung Lanthane TR 175 reichen Temperaturen von 25 bis 35 °C und Tauschzeiten zwischen 60 und 90 s.
Speziell für Polyurethanlacksysteme erforscht das Fraunhofer IFAM in Bremen Beschichtungen, die Makrorisse selbsttätig reparieren können. Dies funktioniert mittels Mikrokapseln, die im Fall eines Defekts aufreißen und Reparaturflüssigkeit – teils Monomer, teils Katalysator – zur Verfügung stellen.
Sabine Koll Journalistin in Böblingen
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