Eine umweltfreundliche Methode zum Schutz von Fahrwerken aus Aluminiumlegierungen
In Flugzeugkonstruktionen werden leistungsstarke Leichtbaustoffe wie Aluminiumlegierungen verwendet, damit Flugzeuge leichter und somit sparsamer sind. Diese Aluminiumlegierungskomponenten müssen allerdings der übermäßigen Reibung und Korrosion standhalten, der Flugzeugsysteme ausgesetzt sind, was eine Herausforderung darstellt. Diese Komponenten werden normalerweise durch Anodisierung(öffnet in neuem Fenster) der Oberfläche und Aufbringen einer mehrschichtigen Lackierung geschützt – bei beiden Vorgängen kommt sechswertiges Chrom(öffnet in neuem Fenster) (Cr(VI)) zum Einsatz. Diese Cr(VI)-Substanzen sind ein bekanntes Karzinogen, dessen Verwendung die EU weiter einschränken wird. Daher werden neue Lösungen benötigt. Aus diesem Grund hat das EU-finanzierte Projekt ECOLAND eine Alternative zur Cr(VI)-basierten Anodisierung und Lackierung entwickelt. „Unsere Lösung stützt sich auf ein anaphoretisches Elektrotauchlackierungs- oder E-Beschichtungsverfahren, das der EU-Verordnung REACH(öffnet in neuem Fenster) entspricht“, erklärt Jorge Rodriguez, Leiter für Geschäftsentwicklung im Bereich Luft- und Raumfahrt bei CIDETEC(öffnet in neuem Fenster), dem Hauptpartner des Projektes ECOLAND. „Diese neue Lösung entspricht nicht nur den neuesten Verordnungen, sondern trägt auch zur Emissionsreduzierung, Kostensenkung und Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei.“
Aus zwei mach eins
Anaphoretische Beschichtung ist eine Art elektrophoretische Beschichtung, bei der das zu beschichtende Objekt als Anode mit dem Elektrolysekreislauf verbunden ist. Dadurch wird es mit den negativ geladenen Farbmolekülen beschichtet. Bei der anaphoretischen Elektrotauchlackierung wird dagegen anodisch eine organische Beschichtung durch Eintauchen mit elektrischem Strom aufgebracht. „Der Hauptvorteil besteht darin, dass die Lackierung ohne Grundierung ermöglicht wird“, fügt Rodriguez hinzu. „Diese Innovation halbiert die Auftragszeit und ersetzt zwei, traditionell Cr(VI) enthaltende Schichten durch eine einzige Schicht.“
Eine Vergleichsstudie
Während des Projektes ECOLAND führten die Forschenden eine Vergleichsstudie zur Leistung zweier anaphoretischer Beschichtungssysteme durch, die auf Aluminiumlegierungen der Serie 7 000 aufgebracht wurden. Das eine E-Beschichtungsverfahren nutzte ein Epoxidharz(öffnet in neuem Fenster) und ein hochpigmentiertes anaphoretisches System, während die andere E-Beschichtungsmethode ein kolloidales anaphoretisches Polyurethan-System umfasste. Während die erstere Beschichtungsmöglichkeit von mehreren Luftfahrtunternehmen genehmigt wurde, ist letztere eher auf die industrielle Verwendung abgestimmt. Die Technologie wurde in einer entsprechenden Testumgebung validiert, wobei beide E-Beschichtungssysteme auf Validierungstafeln und Demonstratoren angewandt wurden. Die Leistung beider Systeme wurde auch mit der eines herkömmlichen Cr(VI)-haltigen Verfahrens verglichen. „Im Vergleich zu einem Cr(VI)-haltigen Verfahren bieten unsere E-Beschichtungen eine Reduzierung der Emissionen um 40 %, eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 13 %, eine Reduzierung der Durchlaufzeit um 30 % und eine Kostenersparnis von 21 %“, erläutert Rodriguez.
Gute Haftung und Beständigkeit
Laut Rodriguez gelang es dem Projekt, den Technologie-Reifegrad 5 (TRL) zu erreichen. „Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sowohl pigmentierte als auch kolloidale Systeme eine gute Haftung, Beständigkeit gegen Kratzer, Erosion und Chemikalien sowie eine Lackiermöglichkeit bieten“, fügt er hinzu. „Darüber hinaus zeigen beide eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit und ein ähnliches Ermüdungsverhalten wie das Rohmaterial.“ Derzeit führen Forschende Gespräche mit Chemielieferfirmen, um die E-Beschichtungslösung auf TRL 9 zu heben. „Dieses Projekt ist ein klares Beispiel dafür, wie von der EU-Verordnung REACH betroffene chemische Verbindungen durch disruptive Änderungen des Auftragverfahrens künftig vermieden werden können“, schließt Rodriguez.
