Entwicklung von korrosionsschützenden, verschleißbeständigen und REACH-konformen Refraktärmetall-Magnesium-Nitrid-Schichten zum Schutz von Stahlbauteilen (RefMagS)

Im IGF-Forschungsvorhaben „RefMagS“ wurden Refraktärmetall-Magnesium-Nitrid-Schichten (RM-Mg-N-Schichten) zum kombinierten Korrosions- und Verschleißschutz von nicht oder niedrig-legierten Stahlbauteilen entwickelt. Anwendungsbereiche sind z.B. dort angesiedelt, wo auch Hartchrom eingesetzt wird, wie z.B. bei Kolbenstangen, Motorventilschäften, Wälzlagern, Extruderschnecken, Fadenführungen (Textil) etc.

Es wurden dabei in der ersten Phase des Projekts mittels kombinatorischer Materialsynthese unter Einsatz aller 9 Refraktärmetalle (RM) insgesamt 540 verschieden Schichtsysteme erzeugt und charakterisiert. Als Substratmaterials kam primär polierter und sandgestrahlter Schnellarbeitsstahl (HSS), aber auch Glas zum Einsatz. Das mechanische Verhalten wurde in dieser ersten Projektphase primär mittels instrumentierter Eindringprüfung bestimmt. Die korrosionsschützenden Eigenschaften der RM-Mg-N-Schichten auf HSS wurden im neutralen Salzsprühtest (NSS) ermittelt. Außerdem wurde auch das freie Korrosionspotential (OCP) der Schichten in 0,8 molarer Kochsalzlösung auf Glas erfasst. Ergänzend wurden aber auch Farbmessungen durchgeführt um auch Einsatzmöglichkeiten der Schichten auf dem dekorativen Sektor auszuloten. Im letzteren Bereich zeigten insbesondere die RM-Mg-N-Schichten auf Basis der Refraktärmetalle der IV. Nebengruppe (Ti, Zr, Hf) interessante Farben. Am Ende des ersten Projektabschnitts wurden aufgrund der erarbeiteten Ergebnisse die Systeme ZrMgN und NbMgN für nähere Untersuchungen in Phase 2 des Projektes ausgewählt.

Insgesamt konnten korrosionsschützende, harte ZrMgN-Schichten entwickelt werden, die sich auch für industrielle Abscheidung mittels Magnetron-Sputtern eignen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens REACH-konforme RM-Mg-N-Schichten zu entwickeln, welche einerseits schon bei geringeren Mg-Gehalten einen signifikanten Korrosionsschutz bieten und andererseits auch eine entsprechend hohe Härte aufweisen konnte somit erreicht werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht jedoch in der Verbesserung der tribologischen Eigenschaften sowie in einer weiteren Optimierung der korrosionsschützenden Eigenschaften.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 21989 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle + Metallchemie wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Entwicklung von hoch korrosionsfesten und metallisierbaren Mehrschicht-Eloxal-Systemen im Labormaßstab

Das gemeinsame Projekt der Rieger Metallveredlung GmbH & Co. KG und dem fem zielt auf die Entwicklung einer korrosionsbeständigen und haftfesten Metallisierung von Eloxalschichten, die die steigenden Anforderungen des technischen Einsatzes erfüllen. Dazu wird am fem die Eloxalschicht als Mehrschichtsystem entwickelt, so dass Korrosionsfestigkeit und Haftfestigkeit jeweils einer separaten Schicht zugeordnet werden können. Als Voraussetzung für eine hohe Haftfestigkeit der Funktionsschicht wird neben der Mehrschichtcharakteristik auch die Bekeimung des Schichtsystems durch die Fa. Rieger entwickelt.

Das Projekt zielt auf hochbeanspruchte Nischenanwendungen mit zunehmender Individualisierung in kleinen Losgrößen. Mit dem neuen Verfahren, das Korrosionsfestigkeit und Haftfestigkeit gleichermaßen berücksichtigt, eröffnet sich für unterschiedlichste Branchen ein weites Spektrum bei der Metallisierung von Eloxal-Schichten. Mit der industriellen Umsetzbarkeit erreicht der Stand der Technik für Verfahren zur Herstellung dekorativer, hochkorrosionsfester Schichten qualitativ eine neue Stufe.

Danksagung

Das Vorhaben der Forschungsvereinigung Edelmetalle und Metallchemie wird über die AiF im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.