Nanobeschichtung macht Aluminium widerstandsfähiger

Die Elektromobilität ist eine der wichtigen Zukunftstechnologien, in denen das leichte und günstige Metall neben Carbon (CFK) eine tragende Rolle spielen wird. Aber auch in vielen traditionellen Branchen, etwa dem Autobilbau, bei Elektrogeräten oder in der Lebensmitteltechnik sind die Vorteile des leichten Aluminiums ein wichtiger Faktor. Doch eloxierte, konvetionell lackierte oder gar emaillierte Oberflächen können die meist komplexen Anforderungen oft nicht mehr erfüllen.

Neue Designfreiheit für Aluminiumteile

Dies ändert sich jetzt: Die Engineered nanoProducts Germany AG (EPG) stellt jetzt neuartige Beschichtungen auf Basis der Nanotechnologie vor, die die Oberflächentechnik für Aluminium multifunktionell erweitern. Die neuen Nanobeschichtungen sind im Mittel nur ein Hundertstel Millimeter dick und zeigen schon auf den ersten Blick einen gravierenden Unterschied. Während die bisherigen Oberflächen die Optik des Bauteils verändern, sind die neuen transparent und praktisch unsichtbar. Eine Eigenschaft, die Designer anspruchsvoller Technik heute fordern. Sie gewinnen dadurch neue Freiheit bei der Gestaltung. Ob hochglanzpoliert oder speziell strukturiert, die edle Optik des Metalls bleibt erhalten. Beim Korrosionsschutz werden bisherige Einschränkungen ebenfalls überwunden. Eloxierte Oberflächen können wegen ihrer keramischen Sprödigkeit auf Aluminium ab etwa 100 °C Risse bekommen, konventionelle Lackierungen bieten nur bei vorheriger Chromatierung einen dauerhaften Schutz – ein Verfahren, das beim heutigen Umweltbewusstsein nicht mehr zeitgemäß erscheint. Die neue Beschichtung haftet hingegen ohne Vorbehandlung fest auf dem blanken Metall, sie bildet eine völlig dichte glasartige Oberfläche ohne Poren und bleibt wegen ihrer geringen Schichtdicke laut EPG auch bei über 400 °C ohne Risse. Der Salzsprühtest über 1000 Stunden zeigt die Stabilität der Beschichtung. Im Gegensatz zu anderen Verfahren, die starr vorgegeben sind, erlaubt der neue Beschichtungswerkstoff durch die Auswahl der chemischen Komponenten, die Einbindung von Nanopartikeln und die Steuerung des Prozesses, das Eigenschaftsprofil vielfältig zu programmieren. Die Oberflächen auf Aluminium lassen sich nun „customized“ herstellen und in ihren Eigenschaften nach Kundenwunsch designen – ein Vorteil für die industriellen Anwender. Die Funktionspalette der hauchdünnen Schichten umfasst neben Transparenz und Korrosionsschutz vor allem hohe Abriebfestigkeit sowie Steinschlagschutz. Sie erhöhen die Härte von Aluminium auf das Zehnfache, so EPG. Hinzu kommen Resistenz gegen Witterungseinflüsse und Chemikalien (z.B. scharfe Reinigungsmittel in Autowaschanlagen) und Beständigkeit gegen UV-Licht. Diese Standardfunktionen lassen sich ergänzen etwa durch einen Antihafteffekt (Easy-to-clean-Eigenschaften), durch mikrobizides Verhalten gegen Krankheitskeime oder durch Farbpigmente, die die Oberflächen in edlen Metallic-Effekten glänzen lassen.

Beschichten in einem einzigen Arbeitsgang

Die chemische Synthese bringt jedoch für die Oberflächentechnik von Aluminium noch ein gewichtiges Plus: Der Werkstoff ist trotz seiner auf Hochleistung getrimmten Zusammensetzung so dünnflüssig, so dass er sich in einem einzigen Arbeitsgang per Sprühroboter sekundenschnell auf das Aluminiumbauteil auftragen lässt. Diese Nanoprozesstechnik wird von EPG ebenfalls variiert, um Kundenwünsche maßgeschneidert zu erfüllen. EPG hat diese Produktionstechnik als erstes Unternehmen industriereif entwickelt und produziert bereits seit Jahren kundenspezifische Nanooberflächen auf Edelstahlteilen für verschiedene Firmen in Großserie. Die Kosten liegen etwa auf dem Niveau der bisherigen Beschichtungen. Eine erste anspruchsvolle Nachfrage der Industrie wird bereits erfüllt. Seit kurzem wird der Porsche-Geländewagen Cayenne serienmäßig mit Endrohrblenden aus glänzendem Aluminium ausgeliefert. Die von der EPG produzierte Beschichtung sorgt zuverlässig dafür, dass die edle Optik des Metalls auch bei rauen Umwelteinflüssen und Hitze dauerhaft erhalten bleibt. „Wichtig für die Anwender ist auch, dass die Nanotechnologie im gesamten Herstellungsprozess nur einen Zwischenschritt darstellt“, sagt Prof. Helmut Schmidt, der Gründer der EPG und vormalige Chef des Leibniz-Instituts für Neue Materialien (INM) in Saarbrücken. „Das Endprodukt enthält aufgrund thermischer Aushärtung keine Nanostrukturen mehr, sondern reicht je nach Anwendungsfall und Anforderung von einer homogenen glasartigen Schicht bis zu einem anorganisch-organischen Sol-Gel-Hybrid.“ Es handle sich um „Green Chemistry“ und gebe keine toxikologischen und ökologischen Bedenken. So ist neben Anwendungen im Automobilbereich z.B. die Verwendung im Küchenbereich möglich, wie der Einsatz bei einem führenden Ausstatter von Großküchen seit Beginn des Jahres durch Praxistests zeigt. Hochwertige Koch- und Wärmeplatten für Kantinen und Catering, weltweit in Mengen benötigt, werden als Sandwichkonstruktion aus Ed- elstahl und Aluminium gefertigt, um die Hitze möglichst gleichmäßig auf das Gargut zu verteilen. Entscheidend ist, dass die Kochoberfläche abrieb- und hitzefest ist und gleichzeitig eine dauerhafte gute Antihaftfunktion aufweist. Beschichtungen keramischer Natur sind für solche Sandwichmetalle bestenfalls über aufwändige Gasphasen-Verfahren oder Plasma/Flamm-Sprüh-Prozesse zugänglich. Dass Einbrennen von chemisch beständigen Emaillen vertragen weder Aluminium noch spezielle Funktionalisierungen. PTFE (Polytetrafluorethylen, u.a. als „Teflon“ bekannt) erfüllt diesen Anspruch lediglich in Bezug auf die Antihaft-Wirkung. Die Oberflächen erreichen u.a. wegen ihrer Kratzempfindlichkeit nur eine relativ kurze Lebensdauer. Mit einer Nanobeschichtung der EPG ist auch diese technische Hürde überwunden worden. Erstmals steht eine dauerhafte hitzefeste Beschichtung für Sandwichkonstruktionen aus Edelstahl und Aluminium zu Verfügung, die eine Antihaftfunktion mit hoher Abriebfestigkeit vereint. Sie ist bereits in Europa und den USA für die Lebensmitteltechnik zertifiziert. Auch hier wurden die Unbedenklichkeit und die Ungiftigkeit der Nanoprozesstechnik bzw. der Nanoprodukte der EPG bestätigt. So dürfte künftig weltweit immer öfter auf Oberflächen der EPG gekocht werden.

EPG (Engineered nanoProducts Germany) AG, Griesheim, Dr. Carsten L. Schmidt, Tel. +49 6332 48192-0, info@e-p-g.de, www.e-p-g.de