Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPAFraunhofer IPA senkt Energieverbrauch beim Anodisieren
Leichtmetalloberflächen für die Zukunft
Leichtmetalle wie Aluminium oder Titan werden in heutigen Produktionen immer wichtiger. Sie verfügen über ein geringes Gewicht und besitzen gleichzeitig eine hohe Festigkeit. Jedoch ist ihre Oberfläche zu weich und nicht ausreichend korrosionsbeständig, um hohen Belastungen standzuhalten. Der Oberflächenbehandlung von Aluminium und Titan kommt im Zeitalter des Leichtbaus daher eine immer größere Bedeutung zu. Durch Verfahren wie dem Anodisieren erhalten Bauteile aus Leichtmetallen eine harte, korrosionsbeständige Schutzschicht. Die Abteilung Galvanotechnik des Fraunhofer IPA hat sich in den letzten Jahren ein umfassendes Know-how im Bereich Oberflächenbehandlung von Leichtmetallen aufgebaut und dabei unter anderem ein Verfahren entwickelt, das gegenüber herkömmlichen Verfahren 40 Prozent Energie spart.
Anodisierte Leichtmetalle – allen voran Aluminium – finden sich im Alltag überall: »Man kann kaum einen Gegenstand aus Aluminium in die Hand nehmen, der nicht anodisiert wurde«, erklärt Klaus Schmid, Gruppenleiter in der Abteilung »Galvanotechnik« am Fraunhofer IPA. Als Beispiele nennt er iPhones, Laptops, Kaffeemaschinen oder Aktenkoffer. Auch in industriellen Produktionen ist das Verfahren längst nicht mehr wegzudenken. So werden eine Vielzahl von Bauteilen in der Luft- und Raumfahrttechnik, dem Maschinen- und Anlagenbau und der Automobilindustrie aus anodisiertem Aluminium verwendet. Weiterhin kommt in der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrttechnik anodisiertes Titan zum Einsatz, beispielsweise bei medizinischen Schrauben oder Prothesen.
Entwicklung moderner Verfahren – Verschiedene Parameter werden berücksichtigt
Schmid schreibt der Optimierung des Anodisierens in Zukunft einen hohen wirtschaftlichen Stellenwert zu: »Einerseits sind Leichtbaustoffe in vielen Branchen zu einem wichtigen Schlüsselelement herangewachsen. Anderseits ist es für Unternehmen heute ein entscheidendes Wettbewerbskriterium, energieeffizient zu produzieren.« Der Gruppenleiter
ist zuversichtlich, mit seinem Team Firmen aus dem Bereich Oberflächenbehandlung von Leichtmetallen zu einer besseren Energieausbeute beim Anodisieren und zu Schichten mit optimierten Eigenschaften zu verhelfen. »Bei unseren Untersuchungen behalten wir verschiedene Parameter gleichermaßen im Auge, beispielsweise die gezielte Schichtentwicklung oder die Erweiterungsmöglichkeiten der Verfahren«, so Schmid. Diese Arbeitsweise ermöglicht es dem Team, individuelle Anforderungen zu bedienen und sowohl kleine Beschichtungsunternehmen als auch große Inhousebeschichter zu unterstützen.
Energieverbrauch der Hartanodisation um 40 Prozent gesenkt
Im Rahmen eines öffentlichen Forschungsprojekts ist es den IPA-Wissenschaftlern beispielsweise gelungen, den Energieverbrauch des Anodisierverfahrens ihres Partnerunternehmens um 40 Prozent zu senken. Dabei haben die Galvanotechnik-Experten die herkömmliche Technik erweitert. »Unsere Idee lautet: ‚weniger Wärmeeintrag, weniger Kühlung‘«, erklärt der Gruppenleiter. Dazu muss man wissen, dass das Anodisieren zu einem der energieintensivsten Verfahren der Galvanotechnik gehört. Beim Anodisieren wird das Bauteil unter Strom gesetzt. Dabei findet eine Reaktion statt, die das Metall an der Oberfläche in eine harte und stabile Oxidschicht umwandelt. Bei dieser Reaktion entsteht sehr viel Wärme, die mit Hilfe von Kühlmaschinen abgeführt werden muss.
Um das Prinzip »weniger Wärmeeintrag, weniger Kühlung« umzusetzen, haben die Wissenschaftler anstelle des herkömmlichen Gleichstroms mit der Pulsanodisation gearbeitet. Dabei wird wesentlich weniger Energie zugeführt als bei konventionellen Verfahren. Weiterhin erlaubt die Methode, energieeffiziente Kühltechniken einzusetzen. Insbesondere bei der Hartanodisierung, die eine besonders starke Kühlung der Elektrolyte erfordere, könne so noch mehr Energie eingespart werden, freut sich Schmid.
Die Entwicklung geht weiter
»Die Entwicklungsmöglichkeiten der Anodisierverfahren sind noch lange nicht ausgeschöpft«, ist sich Schmid sicher. Sein interdisziplinäres Team, bestehend aus Werkstoffwissenschaftlern, Ingenieuren und Chemikern, ist bestens für künftige Herausforderungen gerüstet. So arbeiten die Wissenschaftler derzeit an einer Methode, um Anodisierprozesse in Echtzeit zu überwachen. Mit den daraus gewonnenen Informationen können die Verfahren noch gezielter optimiert werden.