Robin Day, Fraunhofer-Institut
„Stoffschlüssige Beschichtungen sind nachhaltig!“
Die Frage nach dem Umweltschutz wird auch in punkto Oberflächen von Metallwerkstücken immer lauter. Damit Metallbauunternehmer einen Überblick über die aktuellen fachlichen Diskussionen seitens der Forschung erhalten sowie Informationen über nachhaltige Beschichtungen, berichten wir auf den folgenden acht Seiten umfassend zu dem Thema. Den Start macht der Experte Robin Day, der am Fraunhofer-Institut in Aachen die Abteilung für Produktionstechnologie leitet. Im Interview haben wir ihn um eine Bewertung gebeten, wie nachhaltig stoffschlüssige und nicht-stoffschlüssige Oberflächen sind.
metallbau: Herr Day, welche Rolle spielt Umweltverträglichkeit in der Beschichtung von Metall, vor allem im Handwerk?
Robin Day: Wir alle leben in derselben Welt, und auf diese Welt müssen wir aufpassen. Jedes Produkt – auch jede Beschichtung – interagiert bei der Herstellung, im Einsatz und bei der Entsorgung mit der Umwelt. Beschichtungen, besonders gegen Korrosion, bestehen häufig aus krebserregenden Stoffen wie Nickel oder Chrom VI. Da Beschichtungen nicht stoffschlüssig aufgetragen sind, sondern, wie die Schale einer Orange, nur an der Oberfläche des Grundwerkstoffes befestigt sind, lösen sich beispielsweise durch Reibung kleine Partikel der schädlichen Stoffe ab. Diese Partikel gelangen auf unterschiedliche Weise, etwa durch Regen oder die Luft, in die Umwelt und werden somit Teil des natürlichen Kreislaufs.
metallbau: Welche konventionellen Verfahren sind problematisch und warum?
Day: Zu den kostengünstigsten Verfahren gehören die galvanischen und die Pulverbeschichtungsverfahren. Beides sind Vertreter der nicht stoffschlüssigen Beschichtungen. Beim galvanischen Verfahren wird eine feine Materialschicht in einer Metalllösung durch den Einsatz von elektrischem Strom und einem sogenannten Elektrolyten auf der Werkstoffoberfläche aufgetragen. Beim Pulverbeschichten ist der Beschichtungswerkstoff entweder ein Pulver oder ein Plasmaspray. Elektrolyte, Beschichtungspulver und Plasmawerkstoffe sind allesamt umweltschädlich bis hin zu hochgradig giftig. Gleiches gilt für die entstehenden Dämpfe während des Beschichtungsprozesses. Nach der Herstellung ist mechanische Reibung, etwa Schleifen oder Reiben, der größte Feind einer Beschichtung. Sie führt dazu, dass entweder kontinuierlich die Beschichtung abgetragen wird oder durch zu starke Belastung abplatzen kann.
metallbau: Welche Alternativen gibt es und wie wirken diese sich auf Qualität und Kosten aus?
Day: Beschichtungen werden immer dann eingesetzt, wenn die Eigenschaften des Grundwerkstoffes nicht gut genug für die Anwendung sind. Ein Hauptanwendungsgebiet von Beschichtungen ist der Korrosionsschutz. Die geforderten Eigenschaften erfüllen nur wenige, leider meist giftige Verfahren. Deutlich kostenintensiver sind stoffschlüssige Verfahren – wir sprechen hier von einem Kostenfaktor 10 und mehr. Bei diesen Verfahren werden Grundwerkstoff und Beschichtungswerkstoff miteinander verschmolzen. Die Beschichtung ist fest mit dem Grundwerkstoff verbunden, es kann deshalb nicht zu einem Abplatzen der Beschichtung kommen. Vertreter dieser Verfahren sind Schweißverfahren vom Explosionsschweißen über Reibrührschweißen bis hin zu in Fraunhofer-Instituten entwickelten Verfahren wie EW2C und EHLA. Bei diesen Verfahren fallen nur geringe Mengen an giftigem Abfall an, wenngleich man auch hier leider nicht ganz ohne giftige Werkstoffe, etwa Nickel, auskommt.
metallbau: Gibt es unterschiedliche Anforderungen an die Qualität je nach Einsatz im Metallbau oder der Industrie?
Day: Der Qualitätsaspekt ist nicht ganz einfach zu beantworten. Stoffschlüssige Verbindungen sind deutlich haltbarer als nicht-stoffschlüssige. Zehnmal längere Lebenszeiten sind nachgewiesen. Allerdings müssen die stoffschlüssigen Oberflächen in der Regel immer nachbearbeitet werden, um beispielsweise die gleiche Oberflächenrauheit zu haben wie nicht-stoffschlüssige. Hier muss also zunächst die Frage nach dem Einsatzbereich gestellt werden, bevor die Qualitätsfrage geklärt werden kann. In Hochleistungsanwendungen werden tendenziell eher die stoffschlüssigen Verfahren bevorzugt, für den Massenmarkt mit kurzlebigeren Produkten stellt sich hingegen die Frage nach den Kosten. Was sich nach heutigen Erkenntnissen jedoch sagen lässt, ist, dass die stoffschlüssigen Beschichtungen besser für die Umwelt sind.
