Projekt 09793/01

Silicoatertechnik für die Lackierung im Automobilbau

Projektdurchführung

SURA Instruments GmbH
Prüssingstr. 27 B
07745 Jena

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung einer Silikatisierungstechnologie von Metallen, die insbesondere im Automobilbau Anwendung finden. Sie wurden zum gegenwärtigen Zeitpunkt überwiegend chromatisiert, beziehungsweise phosphatiert und chromatiert um einen verbesserten Korrosionsschutz durch eine gesteigerte Lack- und Klebstoffhaftung zu gewährleisten. Diese nasschemische Vorbehandlung sind anlagentechnisch aufwendig und die Handhabung/Entsorgung der dabei eingesetzten Schwermetalle stellt hohe Anforderung an den Umweltschutz. Mit der dazu alternativen Technologieentwicklung ist der Aufbau von Geräten und Anlagenfunktionsmustern als Basis für eine breite industrielle Einsetzbarkeit des Verfahrens vorzubereiten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden· Grundlegende Untersuchungen zur Abscheidung von Silicatschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie auf veredelten Stahloberflächen (beispielsweise elektrolytisch oder feuerverzinkt).
· Erarbeitung von Bedingungen, die über ein breites Spektrum von Teilegeometrien beziehungsweise Coil-Oberflächen eine reproduzierbare Abscheidung von Silikatschichten mit optimaler Bindung zur Unterlage und zum nachfolgend aufgebrachten Polymersystem (Klebstoff oder Lack) ermöglichten.
· Untersuchung der technologischen Verfahrensparameter für unterschiedliche Gerätesystemen (von Handbearbeitungstechnik bis zu Laboranlagen).
· Entwicklung eines Methodengerüstes, das schwerpunktmäßig die Elektronenmikroskopie, IR-Spektroskopie, Ellipsometrie und die Atomkraftmikroskopie zum Charakterisieren von Silikatschichten zu Verbundsystemen und zur Aufklärung von Abscheidungsmechanismus beinhaltet.
· Materialkundliche Untersuchungen beinhalteten Prüfungen der Verbundfestigkeit der Substrate mit unterschiedlichen Polymersystemen, die als Klebstoffe und Lacke zum Einsatz kommen. Die Untersuchungen wurden bei unterschiedlichen Klimabelastungen durchgeführt.
· Ausgehend von den erzielten Ergebnissen wurde das Einsatzspektrum des Verfahrens auch auf weitere Substratmaterialien ausgedehnt.
· Vergleichsweise wurde zur Erzielung höherer Schichtdicken eine plasmatechnologische Variante der Herstellung haftvermittelter Silikatschichten erarbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

Im Ergebnis der Projektbearbeitung wurde das entwickelte Verfahren in Gerätetypen unterschiedlichster Handhabbarkeit und Flächenbehandlungsgrößen für Laborexperimente umgesetzt. Diese Laborgeräte waren die Grundlagen für eine Weiterentwicklung zu marktfähigen Produkten der Firma SurA GmbH.
Durch Komplettierung dieser Geräte mit den entwickelten Haftvermittlern konnte das Verfahren für unterschiedlichste Einsatzgebiete in der Technik und Medizin umgesetzt werden. In Folge dieser Entwicklungsarbeiten entstanden das Medizinprodukt Pyrosil-Pen für den Einsatz in der Dentaltechnik, das Glasbehandlungs-Set im Exklusiv-Vertrieb für die Firma Bohle sowie ein Reparatur-Set, das demnächst im Automobilbaubereich für die Aluminiumvorbehandlung eingeführt wird.
Basierend auf den durchgeführten Grundlagenuntersuchungen zur Silikatbildung auf unterschiedlichen Aluminiumlegierungen sowie auf verzinkten Stählen konnte von der Firma SurA GmbH mit der Entwicklung von Anlagen für den Dauer- und Großbetrieb begonnen werden. Als wesentliche Entwicklungsaufgabe erwies sich dabei die Schaffung von leistungsfähigen Dosiervarianten für Silanprecursoren.
Mit der Entwicklung einer hochsensiblen Nachweistechnik für extrem dünne Silikatschichten mit Hilfe dafür optimierter Methoden der IR-Spektroskopie und Ellipsometrie konnten die Voraussetzungen für die Schichtanalytik in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen geschaffen werden. Damit wird es möglich, eine Übertragung der einmal erarbeiteten und optimierten Silikatisierungsbedingungen auf unterschiedlichste Applikationsfelder kontrolliert vorzunehmen.
Voraussetzung für eine systematische Erweiterung des Einsatzgebietes der Pyrosiltechnik war eine enge Zusammenarbeit mit zahlreichen Kooperationspartnern in der Lackbeschichtungstechnik. Durch die Firma Alcan wurden systematische Untersuchungen zum Korrosionsverhalten der Pyrosiltechnologie in Kombination mit unterschiedlichen Lacksystemen durchgeführt. Im Vergleich zu anderen getesteten Vorbehandlungssystemen wurde die Pyrosiltechnik an vorderster Stelle bewertet und damit wichtige Voraussetzungen für den Einsatz der Silikatisierungstechnologie im Automobilbau geschaffen.
Durch den Aufbau von Demonstrationsanlagen in der letzten Projektphase war es möglich die Anwen-dungsgebiete des Verfahrens systematisch und signifikant zu erhöhen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Für die Öffentlichkeitsarbeit und die Präsentation des Verfahrens wurden mehrere Messen (3 x Hannover-Messe und 3 x Off-Tech, Essen) genutzt. Darüber hinaus hat am 06.06.2000 eine Präsentation im Rahmen eines Gemeinschaftssymposium zum umweltgerechten Verfahren der Oberflächentechnik in Frankfurt stattgefunden. Die Veranstaltung wurde gemeinsam von der DECHEMA, FDS-Dresden, DFO, DGO, AiF, FEM, GfKORR und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Osnabrück getragen.
In Zusammenarbeit mit der Firma arcotec GmbH, Mönsheim, wird eine gemeinsame Vermarktung der Technologie durchgeführt. Im Ergebnis wird sich die Zahl der Messepräsentationen im Jahr 2001 europaweit drastisch erhöhen.


Fazit

Die Projektförderung ermöglichte die notwendige Vorlaufforschung und Umsetzung eines alternativen und umweltfreundlichen Oberflächenvorbehandlungsverfahrens. Die bereits erreichten umweltrelevanten und wirtschaftlichen Ergebnisse aus der Verbreitung bestätigen die Effizienz der Projektdurchführung.
Silizium ist nach Sauerstoff das am weitesten verbreitete Element der Erde. Das Verfahren nutzt organische Siliziumverbindungen, die dem Brenngas zudosiert und bei der Verbrennung zersetzt werden. Silikate (Sauerstoffverbindungen von Silizium) werden auf der Blechoberfläche abgeschieden, vernetzen sich und bilden eine tragfähige Schutzschicht aus. Die Reaktionskinetik und die Prozesse bei der Abscheidung sind aber noch nicht vollständig aufgeklärt.
Nach den Ergebnissen eines internationalen Korrosionstestes verschiedener Verfahren wird die Silicoatertechnik von Alcan für alle europäischen Automobilhersteller bei der Reparatur von Aluminiumkarossen empfohlen. Als erster Schritt ist die Listung des Silicoaterverfahrens als Reparaturtechnologie bei BMW (USA) erfolgt. Weitere Untersuchungen zur Oberflächenbehandlung laufen zur Beschichtung von Stahl und verzinktem Stahlblech bei der Thyssen-Krupp Stahl GmbH in Abstimmung mit den Automobilfirmen.