Die ECHA setzt sich für ein Verbot von PFAS auf der Grundlage von REACH in der EU ein, das 2027 für bestimmte Industriesegmente in Kraft treten soll. In den USA gibt es ähnliche Bestrebungen, die speziell auf die Verunreinigung von Wasser abzielen. Wenngleich ein vollständiges Verbot dort nicht zu erwarten ist, werden die globalen Lieferketten betroffen sein, weshalb sich Asien und Südamerika proaktiv auf eine Abschaffung vorbereiten. Die NOF Metal Coatings Group hat bereits PFAS-freie Beschichtungslösungen im Angebot.
Die NOF Metal Coatings Group mit Europasitz in Creil nördlich Paris kreiert, entwickelt und produziert patentierte Beschichtungslösungen auf Wasserbasis für Verbindungselemente, Bremsscheiben und Fahrwerksteile. Die Beschichtungen werden hauptsächlich zum Korrosionsschutz und zur Kontrolle des Reibungskoeffizienten eingesetzt, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Komponenten zu gewährleisten. Mit einem weltweiten Netzwerk von mehr als 300 Lizenznehmern wird etwa die Geomet Zinklamellen-Technologie von großen OEMs in der Automobil-, Truck-, Bau-, Landwirtschafts- und Energiebranche eingesetzt.
PFAS, Poly-(oder Per-)Fluoralkylsubstanzen, bilden eine große Gruppe von über 10.000 fluorierten Verbindungen, die für ihre antiadhäsiven, wasserfesten und hitzebeständigen Eigenschaften bekannt sind und in einer Vielzahl von Industriezweigen und Alltagsprodukten weit verbreitet sind. Wegen ihrer dauerhaften Präsenz in der Umwelt und ihrer Toxizität werden sie zunehmend kritisch betrachtet und als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet.
Reibwertkontrolle
NOF Metal Coatings arbeitet an der Reduzierung oder Eliminierung von Substanzen mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Abgesehen von PTFE (Polytetrafluorethylen), einem Fluorpolymer, das von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) als „wenig besorgniserregendes Polymer“ eingestuft wird, aber dennoch reglementiert werden könnte, verwendet das Unternehmen in seinen Produkten keine PFAS.
PTFE wird speziell in einigen geschmierten Beschichtungen des Unternehmens verwendet, die auf Verbindungselemente aufgetragen werden, um deren Reibungskoeffizienten zu kontrollieren. Dies macht die Montagebedingungen zuverlässiger und garantiert eine sichere Verbindung während der gesamten Lebensdauer des Endprodukts.
Das Angbot PFAS-freier Produkte reicht von Geomet 321 (silberfarbener Korrosionsschutz-Basecoat), Geomet 360 (Korrosionsschutz-Basecoat für Bremsscheiben), Geomet 430 (grauer Korrosionsschutz-Basecoat), und Topcoats wie Plus M (auf Silikatbasis, geschmierter Topcoat mit Reibwert µ 0,12-0,18 [ISO 16047]) und nicht geschmierte Topcoats wie Plus, Plus 10 oder auch Geokote-Produkte (organischer Topcoat mit exzellenter mechanischer und chemischer Beständigkeit).
Geomet Zinklamellentechnologie
Abb. 1: EDX-Bild einer FIB-präparierten dünnen Geomet 321-Lamelle (Querschnitt), das die genaue Verteilung der Zink- und Aluminiumlamellen in der Mineralmatrix zeigtDie physikalisch-chemische Beschaffenheit, die Morphologie und die mikroskopische Organisation der Zink- und Aluminiumlamellen (die speziell für Formulierungen auf Wasserbasis entwickelt wurden), die in eine Sol-Gel-Matrix integriert sind, ermöglichen es, sehr dünne Beschichtungen zu erhalten, die hohe Korrosionsschutzanforderungen wie C5-M und CX (ISO12944) erfüllen können. Die galvanischen und tribologischen Eigenschaften sowie die thermische Beständigkeit dieser Beschichtung sind besonders im Bereich der Befestigungs- und Sicherheitsbauteile gefragt, insbesondere bei bimetallischen Stahl/Aluminium-Konfigurationen. Eine 6 bis 8 µm dicke Geomet-Beschichtung erreicht je nach Substrat ein Leistungsniveau von 1.000 Stunden Salzsprühnebel (ISO9227) mit einer Zinkmenge, die 2 bis 3 Mal geringer ist als bei 100 % metallischen galvanischen Schutzlösungen, wodurch die natürlichen Mineralressourcen geschont und die Umweltbelastungen verringert werden.
Unter allen industriellen galvanischen Beschichtungen sind Zinklamellenbeschichtungen einzigartig, da sie sowohl durch Eintauchen (Schüttgut oder Gestell) als auch durch Sprühen (elektrostatisch oder pneumatisch) aufgebracht werden können. Diese Vielfalt an Applikationsverfahren eröffnet nicht nur den Anwendungsbereich für eine sehr breite Palette von Teilen, sondern bietet auch den Vorteil, dass sie nicht elektrolytisch sind. Diese Besonderheit ist besonders wertvoll für Teilehersteller, die mit Metallurgien arbeiten, die empfindlich auf Wasserstoffversprödung reagieren, die durch elektrolytische Applikationsverfahren hervorgerufen wird (die zudem das Recycling sehr großer Wassermengen erfordern). Dies ist einer der Gründe, warum diese Technologie im Automotive- und Windenergiebereich so viel Interesse weckt. Denn dort werden Schrauben und Stähle mit ultrahoher Streckgrenze weiterentwickelt, um die wachsenden Anforderungen an Leichtigkeit und Sicherheit zu erfüllen. Jedes Jahr sorgen Geomet-Beschichtungen für den langfristigen Schutz von über einer Million Tonnen Stahl weltweit (Abb. 1).
Kombination aus Zinklamellen-Basecoats und Topcoats
Abb. 2: EDX-Bild einer Geomet 430 + Plus VLh Black Beschichtung unter einem Schraubenkopf nach dem Anziehen. Der rechte Teil des Bildes zeigt den Bereich, der während des Anziehens beansprucht wurdeDie Zinklamellentechnologie besteht normalerweise aus zwei silberfarbenen (Geomet 321/720/500) oder zwei anthrazitgrauen (Geomet 430) Basecoat-Schichten, auf die silikat- und schmiermittel-basierte Topcoats aufgetragen werden (Plus-Produkte), die transparent, silber, schwarz oder farbig sein können. Diese Topcoats, die je nach Anwendung eine Schichtdicke von 1 bis 5 µm aufweisen, wurden meist so formuliert, dass sie die tribologischen Eigenschaften der Beschichtung verändern, um den Rei-bungskoeffizienten von Schrauben oder Muttern gemäß den Spezifikationen verschiedener Industriezweige, einschließlich des Automobilmarktes, zu steuern.
Die Kontrolle des Reibwerts ist ein wesentliches Merkmal, um eine genaue Spannung in den Komponenten während des Anziehens zu gewährleisten und Lösungs-/Lockerungserscheinungen zu vermeiden, die bei mechanischer, vibratorischer und thermischer Beanspruchung auftreten können. Im Vergleich zu 100 % metallischen Beschichtungen weist die Verbundstruktur von Geomet (Sol-Gel + Zinklamellen) rheologische Eigenschaften auf, die auf mikroskopischer Ebene eine größere Kontaktfläche zwischen der Schraube und den zu montierenden Teilen ermöglichen.
In Kombination mit Topcoats sind diese Beschichtungen besser in der Lage, die Schmierung der an der Montage beteiligten Schnittstellen unter extremen lokalen Druck- und Temperaturbedingungen zu kontrollieren. Zu den weiteren Vorteilen dieser Topcoats im Zusammenhang mit der Kontrolle des Reibungskoeffizienten von Schrauben und Muttern gehört, dass sie sich bei hohen Temperaturen nicht lösen, das mehrfache Anziehen, die Vermeidung von Stick-Slip sowie die Anzugskontrolle bei verschiedenen Materialien, wie Stahl oder Aluminium und bei KTL (Kathodische Tauchlackierung) (Abb. 2).
Plus Topcoat, PFAS-frei
Einige der angebotenen Plus Topcoats, wie z. B. Plus M, COF: 0.12 - 0.18 (ISO 16047), waren bereits ohne PFAS formuliert, deckten aber nicht den gesamten vom Markt erwarteten Funktionsumfang ab. Die Entwicklungsziele bestanden darin, eine neue Palette umweltfreundlicherer Produkte anbieten zu können und gleichzeitig die gleiche tribologische Leistung wie die aktuellen Plus-Produkte zu garantieren.
Es gibt drei neue silberfarbene PFAS-freie Topcoats:
- Plus XL 2 Silver : COF 0.06 – 0.09 (ISO 16047)
- Plus VLh 2 Silver : COF 0.09 – 0.14 (ISO 16047)
- Plus ML 2 Silver : COF 0.10 – 0.16 (ISO 16047)
Verschraubungsversuch gegen Aluminium
Auf dem wasserbasierten Zinklamellen-Basecoat Geomet erfüllen oder übertreffen diese PFAS-freien Alternativen die Anforderungen und Spezifikationen der OEMs, während sie gleichzeitig folgende tribologische Eigenschaften aufweisen:
- Mehrfachverschraubung und Hochgeschwindigkeitsverschraubung (Abb. 3)
- Kompatibilität mit verschiedenen Trägermaterialien (z. B. KTL, Aluminium, Zink und Stahl)
- Vermeidung von Stick-Slip
- Lösemomente (auch bei hohen Temperaturen – Plus VLh 2 Silver und Plus ML 2 Silver)
Abb. 3: Verschraubungsversuch gegen Aluminium (MBN 50544)
Optimierte Ästhetik und Identifizierung
Die Ästhetik der Produkte der neuen Serie wurden durch die Zugabe von Aluminiumpigmenten verbessert, um so eine einheitliche Silberfarbe zu erreichen. Auf diese Weise ist das visuelle Erscheinungsbild von Komponenten, bei denen die Verbindungselemente für die Kunden sichtbar sind, verbessert worden. Neben der optimierten Ästhetik mit Aluminiumpigmenten in der Beschichtung enthalten alle drei neuen PFAS-freien Topcoats fluoreszierende Pigmente, die eine eindeutige Identifizierung ermöglichen - ein neues, laut NOF Metal Coatings Group bislang einzigartiges Feature für Topcoats.
In den Forschungs- & Entwicklungs-Laboren wird derweil an PFAS-freien Beschichtungen und Geoblack-Systemen und zusätzlichen schwarzen Topcoats in der PFAS-freien Plus-Serie gearbeitet.
Der Industrialisierungsprozess der PFAS-freien Beschichtungen erfolgt in Zusammenarbeit mit Herstellern von Verbindungselementen, OEMs sowie Lieferketten-Partnern.
