IVD-Aluminium-Beschichtung

Acorn Surface Technology Ltd ist ein auf Oberflächentechnik spezialisiertes Unternehmen, das in Kirkby-in-Ashfield bei Nottingham in Großbritannien beheimatet ist. Es gehört seit Anfang 2016 zur AHC-Gruppe, ist jedoch schon wie AHC Oberflächentechnik GmbH seit 2001 im Firmenverbund von Aalberts Industries NV. Seit ihrer Gründung im Jahre 1969 bot Acorn Anodisierverfahren (Harteloxal, Chromsäure- und Schwefelsäure-Anodisieren) in erster Linie für die feinmechanische Industrie an.
In den folgenden Jahren richtete sich Acorn sehr stark auf die Luft- und Raumfahrtindustrie aus, gestützt auf einem hohen technischen Know-how in dort geforderten Anodisier- und Lackierverfahren. Mit zunehmender Anzahl der OEM- und Kunden-Zulassungen, einschließlich Airbus, Boeing, Bombardier und Rolls Royce, hielt das Unternehmen immer Ausschau nach neuen Technologien, in die es neben seinen in-house-Verfahrensentwicklungen investieren konnte.
1998 griff Acorn die Technologie des Ionen-gestützten Bedampfens mit Aluminium auf, gemeinhin bekannt unter dem Begriff IVD-Aluminium-Beschichtung (IVD = Ion Vapour Deposition). Acorn hat diese Technologie und die Verfahrenskapazitäten im Laufe von 18 Jahren erfolgreich weiterentwickelt.
Die IVD-Aluminium-Beschichtung wurde ursprünglich von McDonnell Douglas als Ersatz für das Cadmieren von Stahl- und Titan-Bauteilen entwickelt. Das IVD-Aluminium wird vor allem für den Korrosionsschutz typischerweise im Temperatur-Bereich von 0 bis 300 °C eingesetzt. Die Beschichtung kann auch der Vermeidung bimetallischer oder galvanischer Korrosion dienen. Ein Beispiel ist die Beschichtung von Befestigungselementen aus Titan mit IVD-Aluminium, mit denen Aluminium-Baugruppen verbunden werden.
Es lassen sich drei verschiedene Beschichtungsklassen definieren. Die Beschichtung nach Klasse 1 mit mindestens 25 μm Schichtdicke bietet die beste Korrosionsbeständigkeit (mindestens 504 h im Salzsprühtest nach ASTM B117). Beschichtungsklasse 2 findet oft Anwendung für bearbeitete Teile, wo enge Toleranzen gefragt sind. Die Schichtdicke liegt hier im Allgemeinen zwischen 13 und 25 μm. Beschichtungen nach Klasse 3 schließlich werden üblicherweise aufgebracht auf Befestigungselemente und andere filigrane Komponenten mit engen Toleranzen. Hier beträgt die Schichtdicke typischerweise 8-13 μm und bietet die geringste Korrosionsbeständigkeit. Die Korrosionsbeständigkeit kann in allen Fällen durch eine nachfolgende chemische Konversionsbeschichtung erhöht werden.
Es gibt eine Reihe von wichtigen Prozessschritten bei der IVD-Aluminium-Beschichtung auf metallischen Substraten. Zunächst werden die Teile entfettet, um Zerspanungs- oder Dewateringöle zu entfernen. Der nächste Prozessschritt ist ein feinkörniges Sandstrahlen. Zum einen wird dabei die Oberfläche mechanisch gereinigt, und zum anderen wird ein Profil mit einer großen Oberfläche erzeugt. Letzteres unterstützt die physikalische Bindung der Beschichtung zu dem Substrat.
Der letzte Schritt erfolgt in der Vakuum-Beschichtungskammer. Die Teile werden während des Prozesses auf einem elektrisch leitenden Gestell gehalten. Das Gestell kann während des Verfahrens unbeweglich sein oder bewegt werden. Eine Bewegung verbessert die Verteilung der Beschichtung auf komplexer geformten Teilen. Die Teile werden in die Beschichtungskammer gefahren, welche evakuiert wird. Ein Edelgas wird dann in die Kammer eingelassen und eine elektrische Spannung angelegt. Dies führt zu einer Plasma-Glimmentladung, die als violettes Leuchten in der Kammer deutlich sichtbar ist. Als Folge entsteht eine sehr saubere Oberfläche auf dem Substrat.
Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, kann der Beschichtungsprozess beginnen. Aluminium-Draht wird nun einer Reihe von überhitzten Keramiktiegeln zugeführt. Eine Hochspannung wird angelegt, um sehr hohe Temperaturen zu erzeugen, und das Aluminium verdampft zu einem elektrisch geladenen Nebel. Die negativ geladenen Aluminiumatome bewegen sich durch das Vakuum und scheiden sich auf den zu beschichtenden Teilen ab, die elektrisch "geerdet" sind.
Die Aluminiumquelle kann unterhalb der Teile bewegt werden, die von einem Metallgestell herabhängen. Dadurch wird eine große Menge an Teilen in einem Vakuum-Durchlauf beschichtet. Eine weitere Variante ist, mit einer festen Beschichtungsquelle zu arbeiten. Die Teile bewegen sich dann in den optimierten Beschichtungsbereich hinein und heraus. Beide Methoden haben ihre Vorteile und sind das Ergebnis der Entwicklung des Produktionsprozesses.
Nach der Beschichtung mit IVD-Aluminium haben die Teile ein mattgraues Aussehen und müssen sorgfältig behandelt werden. Der nächste Schritt ist, die Poren in der äußeren Oberfläche der Beschichtung durch Glasperlenstrahlen zu schließen. Die Teile können “as plated” verwendet werden, oder, was häufiger ist, die reine Aluminiumoberfläche wird durch eine chemische Konversionsbeschichtung in eine Aluminium-Chromat-Schicht umgewandelt.
Nach der Beschichtung hat Acorn die Möglichkeit, die Qualität der Beschichtung unter Verwendung einer Anzahl verschiedener Prüfmethoden zu bestimmen. Üblicherweise erfolgt dies bei Eisenwerkstoffen unter Verwendung einer Wirbelstromsonde oder bei Nichteisen-Werkstoffen wie Titan- oder Kupferlegierungen über mechanische Maßprüfungen.
Ein weiterer großer Vorteil der IVD-Aluminium-Beschichtung ist, dass sie mit sehr wenig Oberflächenvorbehandlung lackiert werden kann. Die Oberfläche eignet sich für viele Lacke einschließlich allgemein vorgeschriebener flüssigkeitsdichter Primerlacke auf Epoxidharz-Basis sowie Trockenfilm-Schmierstoffe.
Acorn ist traditionell stark auf den Luftfahrt- und Verteidigungssektor ausgerichtet, die in Großbritannien gut etabliert sind. In diesem Zusammenhang war Acorn weltweit das erste Unternehmen, das eine NADCAP-Zertifizierung für das IVD-Aluminium-Beschichtungsverfahren erhalten hat.
Das Verfahren ist auch für eine Reihe von großen Luft- und Raumfahrt-Unternehmen wie Airbus, Boeing, Bombardier, Leonardo, Rolls-Royce, Safran und UTC zertifiziert.
Die Bauteile, die für diese Endkunden beschichtet werden, können in Größe und Komplexität in erstaunlichem Ausmaß variieren. Durch ein Trommel-Beschichtungsverfahren, bei dem Teile in einer Trommel über eine feststehende Quelle gedreht werden, wird eine dünne IVD-Aluminium-Schicht in einem Batch-Prozess mit typischerweise Tausenden von kleinen Befestigungselementen pro Charge aufgetragen.
Immer öfter wird das IVD-Aluminium-Beschichtungsverfahren für größere Bauteile gefordert, wo die Beschichtung ganzflächig sein kann, oder selektiv unter Verwendung von Maskierungen aufgetragen wird. Diese Beschichtungen sind häufig dicker und verfügen über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Typische Beispiele sind etwa Flugwerk-Komponenten, Motorkomponenten und Mischmetall-Baugruppen.
Die Produktionsstätte bei Acorn beherbergt vier verschiedene IVD-Aluminium-Beschichtungskammern. Es gibt zwei Trommel-Einrichtungen für kleinere Teile. Zwei weitere große Beschichtungsanlagen eignen sich zur Beschichtung von größeren Teilen bis zu 2 m Länge und bis zu 300 mm Breite. Sie sind aber auch ausgelegt für kleinere Teile.
Der Fokus auf die Prozessentwicklung ermöglichte es Acorn, die Kundenbasis deutlich zu erweitern. Acorn beliefert heute Kunden im wirklich globalen Maßstab. Mehr als die Hälfte der IVD-Aluminium-Beschichtung geht an Kunden im Kernland von Europa, der Rest an Kunden in Asien und Amerika.