Nickelfreie Verschleißbeschichtungen für die Behälterglasindustrie

Mit dem Abschluss eines von der Bayerischen Transformations- und Forschungsstiftung geförderten Projekts konnten Erkenntnisse zu nachhaltigen und leistungsfähigen Alternativen zu nickelbasierten Verschleißschutzbeschichtungen gewonnen werden.

Als Werkstoff für tribologische Beschichtungen von Komponenten, die eine sehr hohe Verschleißfestigkeit aufweisen müssen, spielt Nickel eine wichtige Rolle. Nickel gilt als ein strategisch wichtiger und aufgrund seines hohen Beschaffungsrisikos gleichzeitig kritischer Rohstoff.

Vor diesem Hintergrund beschäftigte sich ein öffentlich gefördertes Projekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH damit, Alternativen zu nickelbasierten Verschleißschutzbeschichtungen zu entwickeln. Anwendungsfall waren Formen zur Herstellung von Behältergläsern. Hier werden neben dem Parameter Verschleißfestigkeit auch hohe Anforderungen an die Anhaftung des flüssigen Glases gestellt. Gleichzeitig sollten die Beschichtungen leistungsfähiger und wirtschaftlicher sein.

Der Schwerpunkt des Projekts lag auf der Entwicklung eines aluminiumhaltigen Al-Fe(X)-Beschichtungsmaterials als Alternative zu kritischen und kostenintensiven Werkstoffen. Ziel war es, eine Beschichtung mit hoher Wärmeleitfähigkeit sowie guter Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu entwickeln, die zugleich die Anhaftung des Glases an der Form deutlich verringern.

Ein weiterer Fokus war die Entwicklung eines optimalen Prozesses für eine homogene Innenbeschichtung der komplexen Glasformgeometrien. Hierfür wurden thermische Spritzverfahren entwickelt und anhand von 3D-Demonstrationsbauteilen erfolgreich validiert. Eine systematische Untersuchung der geometriebedingten Auswirkungen auf Prozessfenster, Restspannungen und Verformungen ermöglichte die Ableitung einer robusten und industrietauglichen Prozessstrategie, die für Beschichtungen generell anwendbar ist.

Die Projektergebnisse im Überblick

• Die entwickelten Beschichtungen weisen eine hohe Härte und Beschichtungsdichte sowie eine gute Schichthaftung auf. Rissbildung wurde nicht beobachtet.
• Zudem wurde eine Verringerung der Glasanhaftung erreicht, was die Qualität der erzeugten Glasbehälter verbessert und den Verbrauch an Glas senkt.
• Unter Betriebsbedingungen ermöglichen die Beschichtungen eine verlängerte Lebensdauer der Formen.
• Beim Herstellungsprozess kann auf Öl-Graphit-Trennmittel verzichtet werden.

Die Arbeiten wurden unter der Projektkoordination der Neue Materialien Bayreuth GmbH, einer außeruniversitären Forschungseinrichtung, mit den Projektpartnern Wiegand-Glashüttenwerke GmbH, Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe an der Universität Bayreuth sowie der Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH durchgeführt.

Das Projekt „Thermisches Spritzen von aluminiumhaltigen Verschleißschutzschichten auf Glasformen zur umweltfreundlichen Herstellung von Behältergläsern – Al-G“ wurde von der Bayerischen Transformations- und Forschungsstiftung gefördert (Förderkennzeichen: AZ-1477-20).

(Quelle: Neue Materialien Bayreuth GmbH)