Schichtarbeit in jeder Lage

26. Oktober 2010, 17:36
posten

Spezialbeschichtungen sollen Autos leichter und Materialien langlebiger machen - wie sich Stahl bei jeglicher Witterung verhält, ergründen Forscher der Voestalpine in einem neuen Laborzentrum für Oberflächentechnologien

Junge Bäumchen und weißer Kies säumen den schnittigen Kubus, die Außenhaut glitzert silbermetallic in der Sonne. Zwischen dampfenden Schloten, Hochöfen, Lagerhallen und Backsteinbauten, die zum Teil noch aus den 1940er-Jahren stammen, liegt das kürzlich eröffnete "Innovationscenter Stahl" der Voestalpine in Linz wie frisch aus dem Ei gepellt.

"Die Fassade ist mit einem hochglänzenden Lack beschichtet, der aus vier Lagen besteht, extrem hart ist und trotzdem verformt werden kann - ohne dass dabei die Lackschicht platzt", schildert Franz Androsch, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung für Oberflächentechnologien. Die Speziallackierung haben Forscher des Stahlkonzerns gemeinsam mit dem Chemieriesen BASF entwickelt. Sie könnte bei Marktreife nicht nur für Architekten, sondern auch für die Autoindustrie interessant sein.

Verhaltensforschung

Was das neue Laborzentrum außen verspricht, ist auch drinnen Programm: Es geht vor allem um Oberflächliches, also die Entwicklung und Analyse verschiedenster Beschichtungen für Stähle, die Fahrzeuge leichter und sicherer, Haushaltsgeräte kratz- und reißfester und Baumaterialien langlebiger machen sollen. 70 Chemiker, Physiker, Werkstoffwissenschafter und Prüftechniker gehen in Kooperation mit Universitäten und Forschungsinstituten den Metallen Schicht für Schicht auf den Grund, 18 Dissertanten widmen sich derzeit in Zusammenarbeit mit der Voestalpine der Stahlforschung.

Was die jeweiligen Werkstoffe aushalten, wird in den Elektro-Chemie-Labors untersucht. In kastenförmigen Prüfkammern durchlaufen kleine Musterblättchen alle möglichen Witterungstests: Sie werden Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, UV-Licht, Salznebel und Gefrierzyklen ausgesetzt. "Hier können wir in kurzer Zeit lange Abläufe simulieren", erklärt Androsch, während er durch das 13 Millionen Euro teure Gebäude führt. Ein bis zwei Monate fristen die Metalle in den Kammern. Aus den gewonnenen Daten werden Vorhersagen getroffen, wie sich das Material nach zehn- oder 30-jähriger Verwendung verhält.

Oberflächenanalytik schließt aber auch tiefgehende Einblicke nicht aus: "Um einen Werkstoff wirklich zu verstehen, gehen wir von der Mikro- in die Nanoebene bis hin zu den einzelnen Atomen", sagt Peter Schwab, Forschungschef des Voestalpine-Konzerns. In der Metallografieabteilung des neuen Innovationszentrums werden Proben von beschichteten Stahllegierungen präpariert, also in Harz eingebettet und geschliffen. Mit Licht- und Elektronenmikroskopen können die Querschnitte tausendfach vergrößert und der Aufbau der Schichten genau unter die Lupe genommen werden, zusätzlich zeigen Spektrometer die Verteilung der einzelnen Elemente. "Wir legen das innere Gefüge des Werkstoffs frei, um daraus Rückschlüsse auf die Verarbeitungsschritte zu ziehen", sagt Androsch.

Sichere Pipelines

Essenziell ist der atomare Aufbau des Stahls bei Offshore-Ölpipelines, die einem enormen Druck ausgesetzt sind. Fehlerhaftes Material kann katastrophale Folgen haben. In einem eigens eingerichteten Sauergaslabor versuchen Forscher, geeignete Stähle und Produktionsmethoden zu finden, um noch so winzige Fehlstellen im Material zu vermeiden. Dort kann sich nämlich Sauergas (Schwefelwasserstoff) zu Wasserstoff verbinden, wodurch das Risiko für Risse steigt.

Auch an Land ist Rost der größte Feind von Stahl. Wobei die Voestalpine-Forscher besonderes Augenmerk auf die Weiterentwicklung von nanodünnen Korrosionsschutzschichten legen. "Wir sind etwa bei einem Zehntel der Dicke eines Haares", sagt Franz Androsch. In den Labors wird der gesamte Beschichtungsprozess in kleinen Versuchsanlagen Schritt für Schritt getestet: Vom Beizen mit verschiedenen Säuren über spezielle Verzinkungsmethoden bis hin zur Nachbehandlung, Farblackierung und minutenschnellen Aushärtung. "Jede Legierung verhält sich anders", sagt Androsch. Die Ergebnisse können dann direkt in die Massenproduktion übertragen werden, um die steigenden Erwartungen der Industrie zu erfüllen. Androsch: "Die Materialien müssen leichter, dünner und zugleich härter sein und sollen trotzdem hitzebeständig und formbar bleiben." (kri/DER STANDARD, Printausgabe, 27.10. 2010)

  • Unterwassertest: Mit eingelegten Grobblechplättchen simulieren Forscher,
 wie sich Materialien für Erdölpipelines verhalten. Jede kleinste 
Fehlstelle im atomaren Inneren des Metalls kann katastrophale Folgen 
haben.
    foto: voestalpine

    Unterwassertest: Mit eingelegten Grobblechplättchen simulieren Forscher, wie sich Materialien für Erdölpipelines verhalten. Jede kleinste Fehlstelle im atomaren Inneren des Metalls kann katastrophale Folgen haben.

Share if you care.