Von Grund auf besser

Von Grund auf besser

Das Freudenberg-Tochterunternehmen SurTec hat über vier Länder hinweg in einem internationalen Innovationsprozess eine neue Zink-Eisen-Mangan-Legierung entwickelt, die Stahl besonders gut vor Umwelteinflüssen und Korrosion schützt. Gleichzeitig ist das Material umweltfreundlich, vielseitig einsetzbar und nicht gesundheitsgefährdend.

Ohne Stahl sind Mobilität, Architektur oder auch die Produktion von Haushaltsgeräten kaum denkbar. Der Werkstoff ist flexibel, langlebig und ermöglicht vielfältige konstruktive Alternativen und Montagetechniken. Allerdings sind bestimmte Stahlqualitäten eher anfällig für Rost und andere Korrosionsformen – vor allem bei Kontakt mit Wasser und Sauerstoff. Bei sicherheitsrelevanten Komponenten und Bauteilen wie Halterungen im Motorraum von Lkw oder Pkw oder stählernen Schrauben und Bolzen ist Korrosion besonders problematisch und neue Technologien erhöhen das Korrosionsrisiko: Moderne Fahrzeuge haben immer mehr elektronische Bauteile, was zu Streustromkorrosion führen kann, das heißt, der Stahl wird stärker angegriffen. Das winterliche Streusalz tut sein Übriges.

Zwei Bauteile, unten mit Zink/Nickel, oben mit der neuen EARTH-Schicht als metallischer Vorbehandlung vor Lack, nach 6 Wochen Klimawechseltest ACT II, Scania STD4445.

 

Stahl wird deswegen mit einem speziellen elektrochemischen Verfahren geschützt. Mittels der Galvanisierung wird das Material mit einer fünf bis zwölf Mikrometer dünnen Metallschicht überzogen. Diese sogenannte Opferschicht hält die Korrosionseinflüsse so lange ab, bis sie selbst aufgebraucht ist. In vielen Fällen genügt dazu reines Zink. Wenn es jedoch um Teile geht, die durch hohe Temperaturen oder aggressive Umweltbedingungen besonders starken Belastungen ausgesetzt sind, verwendet die Industrie hauptsächlich eine Zink-Nickel-Legierung. Das Problem ist nur: Nickel, das ungefähr zu 10 bis 15 Prozent in der Legierung verwendet wird, wird unter Umwelt- und Gesundheitsaspekten zunehmend kritisch gesehen. Das Metall ist einer der häufigsten Auslöser von Kontaktallergien; der Staub, der bei der Verarbeitung entsteht, kann zu gesundheitlichen Schäden bis hin zu Krebserkrankungen führen. 

Zwei Bauteile, unten mit Zink/Nickel, oben mit der neuen EARTH-Schicht als metallischer Vorbehandlung vor Lack, nach 6 Wochen Klimawechseltest ACT II, Scania STD4445.

“Innovating together”: Gelebte Realität

Dank einiger Innovationen hat SurTec nun eine Alternative zur Zink-Nickel-Legierung gefunden, die viele Vorteile hat. „In einer Versuchsreihe haben wir mit Zink-Eisen-Legierungen experimentiert“, sagt Patricia Preikschat, die für das globale Produktmanagement bei dem zur Freudenberg Gruppe gehörenden Unternehmen verantwortlich ist. Eine Reihe von Vorteilen ist dabei zutage getreten: Eisen ist nicht gesundheitsgefährdend, es ist als Ressource ausreichend vorhanden und unkompliziert abzubauen. „Das Metall ist ein wesentlicher Bestandteil der Erde und als Spurenelement auch Bestandteil unserer Nahrung und wird von allen Tieren, Pflanzen und natürlich auch uns Menschen gut vertragen“, ergänzt Projektmanager Marco Rösch. „Das bedeutet aber nicht, dass unsere Innovation trivial und einfach umzusetzen ist. Die richtige Mischung ist der Schlüssel zum Erfolg – und Mischung meint nicht nur die Zusammensetzung des Produkts.“

Das deutsche Projektteam in Zwingenberg, von links nach rechts: Marco Rösch, Stefan Frank, Jochen Heber, Christoph Richter, Sigrid Volk.  

SurTec setzte auf ein weltweites Team, dem es durch Bündelung von Wissen und intensive Kooperation gelang, ein neues Verfahren für die Beschichtung von Stahlteilen zu erarbeiten. Kolleginnen und Kollegen aus Brasilien übernahmen die ersten Forschungsaufgaben für das Verfahren, das unter dem Namen „FERRONIUM“ entwickelt, in Deutschland weitergeführt und in Frankreich zum ersten Mal erprobt wurde. Die internationale Zusammenarbeit erreichte in Schweden ihren Höhepunkt. Eine wichtige Rolle kam dort dem SurTec-Kunden Provexa AB zu, der unter anderem Blechteile für den Lkw-Hersteller Scania galvanisiert. Dort entstand die Idee, neben Zink und Eisen ein drittes Element einzusetzen. „Indem wir Mangan in kleinen Mengen hinzugefügt haben, konnten wir die Qualität der Schicht noch weiter erhöhen“, sagt Anders Skalsky, der Technische Leiter von Provexa AB. „Die Mikrostruktur unserer Legierung sorgt dafür, dass sie sich an kleinen Stellen selbst reparieren kann und gleichzeitig auch an schwierigen Geometrien wie Kanten gleichmäßig aufgetragen wird.“ Das Verfahren SurTec 782 „EARTH“ wurde erfolgreich eingeführt und gemeinsam mit Provexa patentiert.

Anders Skalsky, CEO von Provexa Technology AB, mit einem EATH/PLUTO-beschichteten Teil in seinem Labor.

Klug, wirtschaftlich, nachhaltig

Die Legierung bildet eine Grundschicht, die anschließend zudem elektrolytisch lackiert werden kann. Auch das funktioniert auf Grundlage der Zink-Eisen-Mangan-Legierung noch besser. „Sie ist hervorragend aktivierbar, das heißt, der Lack kann ebenfalls einfach aufgebracht werden“, sagt Marco Rösch. An dieser Stelle kommt das zweite patentierte Verfahren mit dem Projektnamen „PLUTO“ ins Spiel. „Wir verwenden hier unter anderem modifiziertes Graphen. Damit können die elektrischen und die Korrosionsschutzeigenschaften verbessert werden“, erklärt Anders Skalsky.

„Die beiden Innovationen haben viel Potenzial“, sagt Patricia Preikschat. „Neben den gesundheits- und umweltverträglichen Eigenschaften eignet sich das Verfahren besonders gut für die Konstruktion von Elektroautos, weil mit immer mehr elektrischen Bauteilen auch mehr (ab-)leitfähige Abschlussschichten benötigt werden.“ Gleichzeitig schützt die neue Legierung gerade auch die Kanten von Stahlteilen besser, weil sie duktiler, also leichter verformbar, als Zink-Nickel ist. „Wir haben bisher die ersten Freigaben von Alstom und Scania, das Verfahren ist aber schon bei zahlreichen weiteren Unternehmen in der Erprobungsphase.“

Mit dem neuen Verfahren beschichtete Teile sind auch schon auf der Straße unterwegs, denn sie werden seit zwei Jahren bei einem Scania-Lkw-Modell verbaut. „Wir haben eine Grundschicht entwickelt, die für viele unserer Kunden und auch Freudenberg-Geschäftsgruppen wie Freudenberg Sealing Technologies oder Vibracoustic interessant ist und sogar in vielen Fällen reine Zink-Schichten ersetzen kann“, sagt Patricia Preikschat. „Das Konzept wird schon in kurzer Zeit in der Breite eingesetzt werden, weil es eine kluge, wirtschaftliche und nachhaltige Alternative zu den bisherigen Legierungen ist.“


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