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Chrom III statt Chrom VI

FGK-Projekt „Vergleichsuntersuchungen von mit Chrom(III) und Chrom(VI)-Elektrolyten beschichteten Oberflächen“

 

Problematik und Zielsetzung

 

Im April 2013 wurde Chromtrioxid in den Anhang XIV der REACh-Verordnung aufge­nommen, was zur Folge hat, dass dieser Stoff ab 2017 nur noch nach Autorisierung durch die ECHA verwendet werden darf. Während für die ABS-Beize derzeit keine wirtschaftlich vertretbaren Chrom(VI)-freien Alternativen existieren, wurden von den Fachfirmen diverse Verfahren für die Verchromung mit Chrom(III)-Elektrolyten entwickelt. Bisher lagen jedoch nur wenige verlässliche Informationen über die Qua­lität von mit den verschiedenen Chrom(III)-Verfahren verchromten Bauteilen vor. Deshalb stellt sich die Frage nach dem „besten“ Verfahren in Bezug einerseits auf Prozesssicherheit und -stabilität, andererseits auf die Qualität der Bauteile hinsicht­lich Korrosionsbeständigkeit und Farbstabilität.

 

Im Rahmen des Projekts sollten mit den von den einzelnen Fachfirmen angebotenen Chrom(III)-Verfahren hergestellte Musterteile umfassend geprüft und die Qualität der beschichteten Teile bewertet werden. Ziel war letztlich, den OEMs fundierte und un­ter objektiven Bedingungen gewonnene Ergebnisse vorlegen zu können.

 

Vorgehensweise

 

Die Fachfirmen wurden gebeten, Informationen zu ihren jeweiligen Chrom(III)-Ver­fahren zu liefern (Chlorid-/ Sulfatbasierend, Chrom(VI)-haltige oder –freie Passivie­rung, technische Anforderungen an den Prozess etc.) und diverse Laborprüfungen an mit diesen Verfahren beschichteten FGK-Platten durchzuführen. Außerdem wur­den von jedem Lieferant je 100 dieser Musterplatten für die entsprechenden Gegen­prüfungen durch den FGK angefordert, wobei jede Prüfung von zwei FGK-Mitglie­dern bzw. teil­weise extern gegengeprüft wurde. An neun Varianten (vier Chlorid- und fünf Sulfatvarianten) von sieben Lieferanten wurden diverse Laborprüfungen ent­sprechend der Anforderungen der deutschen OEMs durchgeführt, deren Ergebnisse im Folgenden zusammengefasst sind.

Laborergebnisse

 

  • Schichtstärken: Größere Unterschreitungen nahezu aller Mindestschichtstärken bei zwei Lieferanten, sowie beim Halbglanz-Nickel bei einem weiteren Lieferant. Auffallend hohe Chrom-Schichtstärken von ca. 1,3 µm bei einem Lieferanten führten zur Ausbildung eines Rissnetzwerks, so dass an diesen Teilen keine Po­rendichtebestimmung möglich war.
  • Potenziale: Auffällig niedrige Potenziale bei einem Lieferanten (Mikroporig Nickel/Glanz-Nickel).
  • Porendichten: Stark variierend von ca. 3.000 bis über 50.000 Poren/cm², teil­weise auch bei Platten desselben Lieferanten.
  • Ni-Lässigkeit: Bei allen Chlorid-basierenden Verfahren wurde der Nickel-Grenz­wert überschritten. Die mittels Chrom(VI) verchromten Platten sowie alle Sulfat-basierenden Chrom(III)-Verfahren mit Ausnahme zweier Varianten lagen unterhalb des Grenzwerts
  • 48 Stunden CASS: Nur die Platten eines Lieferanten fielen aus.
  • 480 Stunden NSS: Nur die Chrom(VI)-Teile waren i.O.. Zwei Chrom(III)-Sulfatvarianten wiesen jedoch nur geringe Veränderungen auf.
  • Zwei Wochen modifizierte Klimawechselprüfung (nach PPV 4017): Hier waren alle Teile einschließlich der Chrom(VI)-beschichteten Platten n.i.O.. Letztere zeig­ten jedoch ebenso wie eine Chrom(III)-Sulfatvariante nur geringe Schäden.
  • Lab-Farbmessungen: Abweichungen von den für konventionell verchromte Teile typischen Werten vor allem bei den L- und b-Werten. Trotz mit dem Auge empfun­denen Nachdunkelns bei den mit Chrom(III)-Verfahren beschichteten Teilen stieg der L-Wert im Lauf der Zeit an, während der b-Wert fiel.

 

(v.l.n.r.: Nach CASS  - Nach NSS  - Nach PPV 4017 - Nach Ni-Leaching)

 

 

Feldversuche

 

Von November 2012 bis März 2013 wurden außerdem Feldversuche durchgeführt, bei denen 36 Fahrzeuge mit insgesamt 231 FGK-Musterplatten ausgestattet wurden (links und rechts jeweils drei Chrom(III)- bzw. Chrom(VI)-beschichtete Platten vorn, seitlich und hinten; siehe Abbildungen).

 

 

  • Von den mit Chrom(VI)-Elektrolyten beschichteten Platten fiel nach einem Winter mit Laufleistungen von 1.700 bis 28.000 km lediglich eine von 134 aus (vorne links, mikrorissig Nickel), wobei fraglich ist, ob nicht vorheriger Steinschlag die Blasenbildung verursachte. Generell gestaltete sich die Bewertung der vorn am Fahrzeug angebrachten Platten aufgrund extremer Steinschlagbelastung schwie­rig.
  • Bei sieben der neun getesteten Chrom(III)-Varianten waren nach einem Winter keine signifikanten Unterschiede zu den mit Chrom(VI) verchromten Teilen er­kennbar.
  • Bei zwei Chrom(III)-Varianten gab es je zwei Ausfälle (von sechs bzw. drei Teilen), wobei vor allem die vorn und hinten am Fahrzeug angebrachten Platten betroffen waren, weniger die seitlich angebrachten.
  • Die für die Feldversuche verwendeten Musterplatten sollen nun wieder an densel­ben Fahrzeugen angebracht und im Frühjahr 2014 erneut bewertet werden. Außerdem sollen während der bisherigen Projektlaufzeit optimierte bzw. neu ent­wickelte Verfahren mit einbezogen werden. Die Lab-Messungen sollen halbjährlich wiederholt werden, um das Ausmaß des Nachdunkelns zu erfassen.

 

 

 

Beispiele für Feldausfälle nach einem Winter (rechts Blasenbildung, links Enthaftung).