Eine Revolution für die Gießtechnik: Dauerhafte Beschichtungen

Schlichten zum Schutz der Metalloberflächen von Formen und Werkzeugen sind hauchdünne Filme, die in einem technisch aufwändigen Prozess weitgehend händisch aufgebracht werden. Sie bestehen in der Regel aus einem Gemisch aus verschiedenen mineralischen Rohstoffen mit Wasserglas, einem Silikat von Lithium, Kalium oder Natrium. Die Mischung wird auf die heißen Gussformen und Werkzeuge gesprüht oder gestrichen, oder man taucht diese in die Suspension. Sobald das Wasser verdampft ist, bleibt der Schutzfilm zurück.

Die Verfahren sind nicht ganz unkritisch: Unregelmäßig aufgetragen, können die Schichten die Qualität des Gussstücks mindern. Die Beschichtung wird daher in regelmäßigen Abständen erneuert und ersetzt, was neben der Unterbrechung der Fertigung auch Abfälle verursacht, die entsorgt werden müssen.

Schlichtung ist somit arbeitsintensiv, unterbricht die Produktion und birgt Risiken für die Gesundheit der Gießer, weil je nach Verfahren schädliche Aerosole freigesetzt werden. „Das ist nach dem Stand der Technik, der ansonsten in der Gießereitechnologie üblich ist, nicht mehr zeitgemäß, und es verbraucht mehr Ressourcen als notwendig wäre,“ so Hofer-Hauser. Das Projekt PermaCoating wird ausloten, welche Optionen für eine Beschichtung bestehen, die dauerhaft ist. Ein Hintergedanke dabei: Eine beständige Beschichtung würde es auch möglich machen, das Schlichten zu automatisieren.

Am Anfang von PermaCoating steht zunächst ein Screening eines möglichst großen Spektrums kommerziell verfügbarer Schichten, Beschichtungsverfahren und Schichtaufbauten. Diese werden anschließend umfangreichen Tests unterzogen, um ihre Eigenschaften möglichst umfassend zu charakterisieren und davon ausgehend jene Schichtsysteme zu identifizieren, die am besten für eine dauerhafte Beschichtung geeignet sind. Von besonderem Interesse (und besonders herausfordernd) sind dabei Untersuchungen zum thermochemischen und thermomechanischen Verschleiß der Schichten: Unter dem Einfluss der hohen Temperaturen treten Wechselwirkungen zwischen Schicht und Grundwerkstoff auf, die noch unzureichend analysiert sind.

Die Zusammensetzung der drei Forschungspartner ist nicht zufällig: Das ZFE wird die Strukturveränderungen auf der Nanoebene analysierbar machen, während V-Research Expertise aus dem Bereich der Reibungsforschung (Tribologie) beitragen wird, um etwa zu verstehen, wann es zur Rissbildung in den Schichten kommt oder zum Anhaften der Schmelze. „PermaCoating schnürt ein Gesamtpaket aus Schichtstruktur, Tribologie und Gusstechnik, das erst die gezielte Entwicklung von Beschichtungen für den Schwerkraft- und Niederdruckkokillenguss ermöglicht“, erklärt Peter Hofer-Hauser.

Bereits Teilerfolge würden einen wesentlichen Fortschritt mit sich bringen. „Unsere größte technologische Herausforderung liegt in der Übertragung der Ergebnisse aus dem Screening in einen Entwicklungsprozess“, so Hofer-Hauser. Für den Erfolg von PermaCoating ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Modifikationen von Schichtsystemen abgeleitet werden, die auch tatsächlich von den Unternehmen, die diese Schichtsysteme anbieten, mit den etablierten Techniken umgesetzt werden können. Gelingt dies, wäre das ein großer Erfolg – nicht nur im Hinblick auf die Kosteneffizienz, sondern auch im Hinblick auf die Wettbewerbsfähigkeit der gesamten Gießerei-Branche. Ressourcen und Energieeinsatz würden nebenbei auch noch geschont.