Neuartige nickelfreie Verschleißbeschichtungen für die Behälterglasindustrie

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, um kritische und kostenintensive Materialien zu umgehen. Die Beschichtung sollte eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit ausgezeichneter Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit kombinieren und gleichzeitig 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 können sich sehen lassen:

• Die innovativen Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Härte und Beschichtungsdichte sowie eine ausgezeichnete Schichthaftung aus. Dabei wurde keine Rissbildung beobachtet. 
• Erreicht werden konnte eine deutliche Reduzierung der Glasanhaftung, was die Qualität der erzeugten Glasbehälter verbessert und den Verbrauch an Glas senkt.
• Die Beschichtungen ermöglichen eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer der Formen unter Betriebsbedingungen.
• 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).