Von Hartverchromung zu inhärent sicheren und nachhaltigen Beschichtungen
Aufgrund ihrer ausgezeichneten Härte und Beständigkeit gegenüber Abnutzung und Korrosion stellen Hartchrombeschichtungen seit langer Zeit die bevorzugte Wahl bei einer ganzen Reihe industrieller Anwendungen dar. Bei der Herstellung von Hartverchromungen ist jedoch der Einsatz von giftigem sechswertigem Chrom (Cr6+) erforderlich, was erhebliche Probleme für die Umwelt und den Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz mit sich bringt. Aufgrund ihrer Toxizität unterliegen Chrom(VI)-Verbindungen der Zulassungspflicht gemäß der Verordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH) der EU. Die Europäische Kommission hat außerdem einen Vorschlag gebilligt, der Unternehmen, die Hartchrombeschichtungen herstellen, dazu verpflichtet, strenge Risikomanagementverfahren anzuwenden, die Verfügbarkeit sichererer Alternativen neu zu bewerten und baldmöglichst ein Ersatzmaterial einzusetzen. Die Arbeit des EU-finanzierten Projekts MOZART trägt dazu bei, diesen Übergang zu organisieren. „Unter Nutzung der Grundsätze der inhärent sicheren und nachhaltigen Gestaltung haben wir REACH-konforme Nanokompositbeschichtungen entwickelt, die bei bestimmten Anwendungen Hartchrombeschichtungen ersetzen können“, sagt Myrto Pelopida, Wirtschaftsanalytikerin bei AXIA Innovation, die als für Verbreitung und Verwertung zuständige Projektleiterin agiert.
Langlebige Nanokompositalternativen
Eine der wichtigsten Errungenschaften des Projektteams ist die Entwicklung von Nanokompositbeschichtungen, bei denen die Nanopartikel in die metallische Beschichtung eingelagert werden. „Diese Nanopartikel können die Eigenschaften der MOZART-Beschichtungen auf eine Weise optimieren, dass sie die Leistungseigenschaften von Hartchrombeschichtungen erreichen oder übertreffen“, erklärt Pelopida. Unter Einsatz von REACH-konformen Elektrolyten wurde eine Reihe von Nickel-/Siliziumkarbid-Nanokompositbeschichtungen im Pilotmaßstab hergestellt, die eine mit Hartverchromung vergleichbare Härte aufweisen. „Bei der Entwicklung von REACH-konformen Elektrolyten und der Integration von Nanopartikeln in existierende Beschichtungslinien mussten wir mehrere technische Hürden überwinden“, berichtet Pelopida. Zur Lösung dieser Probleme setzte das Projektteam durch künstliche Intelligenz (KI) gesteuerte Simulationen, die chemische Funktionalisierung von Nanopartikeln und fortgeschrittene Galvanikverfahren ein. „Dank der harten Arbeit unserer Projektpartner konnten wir zu guter Letzt hochwertige, dauerhafte Beschichtungen erzielen und gleichzeitig Umweltsicherheit gewährleisten“, fügt Pelopida hinzu.
Die industrielle Innovation voranbringen
Durch Einhaltung inhärent sicherer und nachhaltiger Leitlinien hat das MOZART-Team sichergestellt, dass seine Lösungen innerhalb der aktuellen Arbeitsabläufe zur Anwendung kommen können. Zudem wird ein hybrider Trainingsdatensatz entwickelt, der den Unternehmen bei der Umstellung auf die neuen Nanokompositbeschichtungen helfen soll. „Unsere Lösungen bieten nicht nur ein gleiches Maß an Härte, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit wie Hartchrombeschichtungen, sondern sind auch mit den bestehenden Fertigungsverfahren kompatibel, sodass die Unternehmen im Grunde schon ab heute damit arbeiten können“, erklärt Pelopida. Das Team arbeitet gegenwärtig daran, den Maßstab seiner Technologie für kommerzielle Anwendungen auszuweiten und gleichzeitig ihre Nachhaltigkeit zu überwachen. Da die Entwicklung der künstlichen Intelligenz immer weiter fortschreitet, wird außerdem im Zuge des Projekts die Nutzung dieser Technologie erweitert, um präzisere Simulationen durchzuführen und die Elektrolytformulierungen im Sinne einer breiter angelegten industriellen Nutzung zu verfeinern. „Wir setzen einen neuen Richtwert für umweltfreundliche Oberflächenbehandlungen und führen gleichzeitig vor, wie mit fortgeschrittenen Technologien wie KI, Nanotechnologie sowie anhand inhärent sicherer und nachhaltiger Prinzipien industrielle Innovationen vorangetrieben werden können, ohne die Sicherheit von Umwelt und Arbeitskräften zu gefährden“, schließt Pelopida ihre Ausführungen.
Schlüsselbegriffe
MOZART, inhärent sicher und nachhaltig, Oberflächenbehandlungen, Hartchrombeschichtungen, Beschichtungen, Nanokompositbeschichtungen, REACH-Verordnung, künstliche Intelligenz, KI, industrielle Innovation, Nanotechnologie
