26.10.2017

Zink-Nickel: Seit 30 Jahren DIE Antwort auf Rost

Zink-Nickel hat den Korrosionsschutz revolutioniert – und die Holzapfel Group entscheidend geprägt, die das Verfahren vor 30 Jahren als erster Dienstleister auf den Markt gebracht hat

Die Holzapfel Group ist mit Zink-Nickel quasi „groß geworden“. Begonnen hat die Firmengeschichte 1949 mit der von Willy Holzapfel in Wetzlar gegründeten „Galvanisieranstalt und feinmechanische Werkstätte Holzapfel“. Hier stand noch das galvanische Vernickeln im Vordergrund

Im Jahr 1987 bot Holzapfel als erster industrieller Oberflächendienstleister Zink-Nickel-Beschichtungen an. Das Verfahren entwickelte sich schnell zum „Brot-und-Butter-Verfahren“ des Unternehmens und hatte so maßgeblichen Anteil am geschäftlichen Erfolg der Unternehmensgruppe.

Die Geburtsstunde von Zink-Nickel-Beschichtungen
Die Entwicklung der Zink-Nickel Überzüge resultierte aus den steigenden Anforderungen, die insbesondere die Automobilindustrie in Bezug auf den Korrosionsschutz gegen Temperatur-, Streusalz- und Klimabelastungen stellte. Zink beispielsweise bot damals bei hohen Temperaturbelastungen keinen ausreichenden Korrosionsschutz mehr. Eine weitere Herausforderung war der steigende Anteil an Aluminiumbauteilen im Motorraum, der zum Problem der Kontaktkorrosion in Verbindung mit Zink führte. Außerdem waren geringe Schichtdicken bei hoher Korrosionsbeständigkeit für maßhaltige Beschichtungen gefordert. Das war dann letztlich die Geburtsstunde von Zink-Nickel.

Die Anfänge
Die ersten Versuche mit Zink-Nickel unternahm Hans-Ludwig Blaas, geschäftsführender Gesellschafter der Holzapfel Group, im Jahr 1987. Auch die ersten Kleinserien für einen Automobilhersteller entstanden mit hohem manuellen Aufwand in diesem nur 150 Liter fassenden Versuchsbad.

Nach den positiven Ergebnissen der ersten Tests wurde 1987 eine Anlage im Werk in Fleisbach für das damals noch saure, ammoniumchloridhaltige Zn/Ni-Verfahren mit 12-16% Ni-Anteil neu errichtet. Nach Großversuchen startete schließlich die Serienfertigung mit 5.000 Litern Badvolumen. Das erste in Serie mit Zink-Nickel beschichtete Bauteil war ein Halter Gasregulierung für einen OEM, bei dem es mit verzinkten Oberflächen bereits in der Validierungsphase zu Korrosion und erheblichen Problemen „im Feld“ gekommen war. Der OEM war von den deutlich höheren Standzeiten der Zn-Ni-beschichteten Teile, insbesondere gegen Rotrost, rasch überzeugt. Der Halter lief noch im Jahr 1987 an und wurde in mehrere Fahrzeugvarianten eingebaut. Bis Ende der 90er Jahre wurden einige Millionen dieser Teile bei Holzapfel beschichtet. Für einen zweiten Kunden wurden bald darauf Bauteile für Vergaser mit Zink-Nickel beschichtet.

Versuch und Irrtum
Im Umgang mit dem neuen Verfahren habe man mitunter auch Lernkurven machen müssen, so Blaas rückblickend. „Trommel- und Gestellware haben wir anfangs mit der gleichen Badzusammensetzung gefahren. Da wir der erste Anwender waren, konnte man auch anderswo noch nicht auf Erfahrungen mit dem Verfahren zurückgreifen. Damit das funktionierte, haben wir mit dem Nickelgehalt variiert. Gemeinsam mit dem Verfahrenslieferanten haben wir letztendlich eine Methode gefunden, die einfacher und prozesssicherer war: Für Gestell- und Trommelbeschichtung waren zwei verschiedene Elektrolyte mit unterschiedlichen Konzentrationen bzw. Zusammensetzungen nötig“, erinnert sich Blaas. „Diese Erfahrung machte danach auch VW in Wolfsburg.“

Bei den potentiellen Kunden gab es anfangs trotz der positiven technischen Eigenschaften der Zn/Ni-Schicht und des erhöhten Korrosionsschutzes mitunter Bedenken. „Zink-Nickel ist eine matte Oberfläche und sah anders aus als die damals üblichen gelb chromatierten, glänzenden Zink-Schichten“, so Blaas. „Wir befanden uns also in der Situation, eine optisch nicht so schöne, aus Kundensicht zunächst vermeintlich schlechtere Zink-Nickel-Oberfläche als etwas Besseres verkaufen zu müssen.“ Daher wurde anfangs auch versucht, die ZnNi-Oberfläche ebenfalls glänzend zu machen, was jedoch nicht gelang.

Parallel zu der Entwicklung bei Holzapfel gab es auch andere Ansätze, den höheren Anforderungen der Automobilindustrie zu begegnen, etwa andere Zink-Nickel-Verfahren. „Niedrig legiertes alkalisches ZnNi mit 6-8 % Massenanteilen Nickel haben wir nach einigen gescheiterten Versuchen als Entwicklungsschritt ausgelassen und das Verfahren bewusst nicht angeboten“, so Blaas zu den damaligen Entscheidungen. „Die Norm eines Automobilherstellers konnte mit dem Verfahren nicht erfüllt werden. Auch ökologisch war das Verfahren im Vergleich zum abwasserfreien und umweltverträglichen sauren Zn/Ni-Verfahren nicht vertretbar.“

Ausbau der Kapazitäten
Es hat ein paar Jahre gedauert, aber als sich Zink-Nickel mit seinen technischen Vorzügen im Feld bestätigt und sich seine Lobby in der Automobilindustrie geschaffen hatte, gab es keinen Weg mehr an dem Verfahren vorbei. Mit dem Erfolg des Zink-Nickel-Verfahrens gingen räumliche Erweiterungen einher. Bereits 1989 wurde eine neue Produktionshalle am heutigen Firmensitz in Sinn gebaut, speziell für eine neue Beschichtungsanlage, die 1990 in Betrieb genommen wurde. Diese Anlage hatte ein Badvolumen von 36.000 Litern – optimal für die Serienbeschichtung von Artikeln für die Automobilindustrie. 1997 waren sogar weitere Kapazitäten nötig: Eine Anlage mit einem Badvolumen von 54.000 Litern wurde erstellt. Im Jahr 2005 wurde dann die Innenanodentechnik in Betrieb genommen, um für eine noch gleichmäßigere Schichtverteilung zu sorgen. Zum gleichen Zeitpunkt begann die Holzapfel Group auch mit dem Einsatz von Dreh- und Schwenkgestelltechnik für geometrisch komplizierte Teile.

Flexibles Zink-Nickel und hohe Zn-Ni-Kapazitäten
Nachdem 2008 die neue, flexible und biegefähige Zink-Nickel-Beschichtung Zn-Ni FleXXKorr eingeführt wurde und am Markt auf große Resonanz stieß, wurde 2009 eine Anlage speziell für die duktile, umformbare Zink-Nickel-Schicht errichtet. Da noch eine weitere Anlage mit 36.000 Litern Badvolumen gebaut wurde, verfügt die Holzapfel Group heute über vier Anlagen speziell für die Zink-Nickel-Beschichtung und hält somit hohe Kapazitäten vor.

Weiterentwicklung der Zink-Nickel-Beschichtung
Auch das Zink-Nickel-Verfahren an sich entwickelte sich im Laufe der letzten drei Jahrzehnte weiter. Zunächst beschränkte sich die Beschichtung mit Zn/Ni auf den sauren Elektrolyttyp und die damals noch Cr (VI)-haltige Gelbchromatierung. Mit alkalisch Zn/Ni, eingeführt im Jahr 1996, kamen dann die transparenten bzw. schwarzen, Cr (VI)-freien Schichten zum Einsatz und konnten den Ansprüchen im Motorraum nach silberfarbenen wie auch schwarzen Oberflächen nachkommen.

Auch der Elektrolyt wurde ständig weiterentwickelt. Anfangs konnte die meiste ZnNi-Ware nicht in der Trommel beschichtet werden, erst später waren durch Änderungen im Fallverhalten auch komplexere Teile in der Trommel beschichtbar. Die Trommelbeschichtung mit Zink-Nickel findet heute überwiegend im Schwesterunternehmen in Herborn-Seelbach statt. Hier wurde 1999/2000 eine Anlage in Betrieb genommen.

Ab dem Jahr 2000 wurde auch das Angebot an Passivierungen zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes ausgebaut. Mit Zink-Nickel Transkorr verfügt die Holzapfel Group seit 2002 über eine kobaltfreie, transparente Zink-Nickel-Passivierung. Blackkorr als schwarze Zink-Nickel-Schicht, Chrom-6-frei schwarz passiviert, wurde 2007 eingeführt und ist in der Trommelbeschichtung erhältlich. Nach vier Jahren Entwicklung brachte Holzapfel Ende 2008 mit Zink-Nickel FleXXKorr als erster Anbieter eine biegefähige und damit verformbare Korrosionsschutzschicht auf Zink/Nickel-Basis auf den Markt.

Wachstumsmotor Zink-Nickel
„Für uns ist Zink-Nickel unser Wachstumsmotor gewesen“, ist sich Hans-Ludwig Blaas sicher. „Das Verfahren brachte intern einen deutlichen Zuwachs durch zusätzliche, neue Aufträge und neue Kunden. Denn es fand keine Umstellung von Zink auf Zink-Nickel statt, sondern wir konnten tatsächlich ein anderes, zusätzliches Bauteilspektrum bedienen. Insgesamt können wir mittlerweile auf Zn-Ni-Kapazitäten mit einem Badvolumen von über 200.000 Litern zurückgreifen. Damit sind wir vermutlich weltweit der größte Anbieter für Zink-Nickel-Gestellware.“ Der Aufbau fand dabei langsam statt. Man habe sich allmählich an die Automobilindustrie und ihre Zulieferer (Tier 1) herangetastet und neue Kontakte aufgebaut, bspw. zu Zentrallaboren der Hersteller. „Mit Zink-Nickel haben wir uns einen Namen in der Automobilindustrie gemacht“, ist Blaas überzeugt. „Wir haben als handwerklich orientierter Betrieb begonnen, uns zum industriellen Dienstleister entwickelt und befinden uns gerade auf direktem Weg zum Systemlieferanten für die Automobilindustrie.“

Zink-Nickel heute und morgen
„Die erfolgreiche Entwicklung und Anwendung von Zink-Nickel hat zur Weiterentwicklung im Automobilbau beigetragen und kann noch zur Schlüsseltechnologie für den modernen Leichtbau werden.“ So lautet das Fazit eines OEM, der kürzlich auf einer internen Veranstaltung der Holzapfel Group über 30 Jahre Zink-Nickel sprach und die Anfänge des Verfahrens auf Kundenseite miterlebt hat. Denn Zink-Nickel habe den Korrosionsschutz erhöht, die Gebrauchsdauer wesentlich verlängert und sei global verfügbar. Weitere Vorteile des Zink-Nickel-Verfahrens mit Nickeleinbauraten von 10-15% sind die Verträglichkeit mit Aluminium (keine Kontaktkorrosion), die Verklebbarkeit und die elektrische Leitfähigkeit. Auch für den Leichtbau ist das Verfahren geeignet, etwa zur Beschichtung ultrahochfester Stähle, wo es Flüssigmetallkorrosion und Wasserstoff induzierten Sprödbruch vermindern kann. In der Mischbauweise können Zn-Ni-beschichtete Bauteile Kontakt- und Spaltkorrosion reduzieren.

Das Verfahren kann zudem dabei unterstützen, die Herausforderungen der E-Mobilität zu meistern. Denn Zink-Nickel Oberflächen ermöglichen die Kontaktierung im Hochvoltbereich ebenso wie die Masserückführung und beeinflussen den Zerüttungsverschleiß positiv.
Die Implementierung der Eigenschaften von Zink-Nickel-Schichten in Schichtsysteme weitet die möglichen Anwendungsfelder noch weiter auf.

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Beschichtungen mit Zink-Nickel im Automobil

Auszug Zink-Nickel-beschichteter Bauteile im Auto
© Alexandr Mitiuc / Fotolia

Entwicklung der Zink-Nickel-Schichten

Entwicklung der Zink-Nickel-Beschichtung im Zeitraffer

duktiles, verformbares Zink-Nickel

Mit FleXXKorr werden Rohrleitungen und ähnliche Produkte erst beschichtet und dann gebogen.