Recyclingfreundliche Aluminiumwalzprodukte mit herausragender Oberflächenqualität
Nachhaltigkeit trifft Perfektion
Die Lösungsansätze zur Dekarbonisierung über verstärkten Schrotteinsatz und die Verwendung von erneuerbaren Energiequellen haben Einfluss auf die gesamte Prozesskette zur Herstellung von Blechen und Platten.
In einer Zeit, in der Nachhaltigkeit und Umweltschutz immer mehr an Bedeutung gewinnen, rückt die grüne Aluminium-Produktion in den Fokus der Industrie. Durch politische und gesellschaftliche Rahmenbedingungen sind die Zielsetzungen klar definiert und erste Konzepte zur Erreichung dieser Ziele werden bereits von der Theorie in die Praxis überführt. Die AMAG legt großen Wert auf eine nachhaltige Produktions- und Betriebsweise, wodurch die Aspekte der Nachhaltigkeit etablierte Bestandteile der Unternehmenskultur sind. Die umfassende Nachhaltigkeitsstrategie der AMAG verfolgt ökologische, soziale und ökonomische Ziele und beinhaltet im Zuge dessen explizit ein klares Engagement zur kontinuierlichen Reduktion des CO2-Ausstoßes.
Um die Ziele zu erreichen, ist es unerlässlich, technische Maßnahmen zu evaluieren und umzusetzen. Entlang der gesamten Prozesskette gibt es verschiedenste Stellschrauben mit entsprechend unterschiedlichem Potenzial zur Reduktion des CO2-Ausstoßes. Der Fahrplan für die kontinuierliche Umstellung wurde festgelegt und beinhaltet neben einer stufenweisen Umsetzungsplanung auch eine Priorisierung der nötigen Umsetzungskonzepte. Anpassungen und Veränderungen etablierter technischer Prozesse haben prinzipiell auch das Potenzial, die Qualität der Produkte negativ zu beeinflussen. Daher ist bei den geplanten Veränderungen zur Erreichung der CO2-Neutralität aufgrund der Vielzahl und Vielseitigkeit ein besonderes Maß an Qualitätssicherung und wissenschaftlicher Vorbereitung notwendig. Bei der Reise der AMAG-Produkte durch das Werk steht ganz zu Beginn die Schrottauswahl bzw. das Aufbereiten und Sortieren der Schrotte. AMAG kann auf eine jahrzehntelange Erfolgsgeschichte im Bereich Recycling zurückgreifen. Damit verbunden ist auch ein stetig wachsender Anlagenpark inklusive modernster Schrottsortiertechnik. Nahezu alle Schrotte können in Ranshofen aufbereitet und verarbeitet werden. Ein durchschnittlicher Recycling-Anteil von 75 bis 80 % beweist einerseits die technischen Fähigkeiten und andererseits die ökonomische und ökologische Bedeutung der Schrottverarbeitung. Im Vergleich zur Verwendung von primär erzeugten Produkten kann durch das Recycling von Aluminium bis zu 95 % der benötigten Energie eingespart werden. Aus diesem Grund ist die Verarbeitung von Schrott und die Erweiterung der Recyclingkompetenzen der grundlegende Baustein in der Dekarbonisierungsstrategie der AMAG. Um den Schrottanteil zukünftig noch weiter zu steigern, braucht es neben modernen Sortieranlagen und Aufbereitungstechniken auch die Bereitschaft der Kunden, diese Produkte schlussendlich einzusetzen. Obwohl Aluminium theoretisch unendlich rezykliert werden kann, so lässt sich eine Anreicherung von Begleitelementen bis zu einem gewissen Ausmaß nicht restlos verhindern. Dabei treten beispielsweise erhöhte Werte für Eisen oder Kupfer auf, welche prinzipiell die Korrosionseigenschaften der Produkte beeinflussen können. Um die Qualität vollumfänglich sicherzustellen, sind also Anpassungen in der weiteren thermomechanischen Prozessroute nötig.Der Weg zur vollständigen Dekarbonisierung erfordert also noch viel mehr als das bloße Vorantreiben der Schrottanteile in den Legierungen. Bei AMAG wurden aufbauend zwei weitere Ebenen definiert, mit welchen ein dekarbonisierter Standort erreicht werden kann. Einerseits wird durch technische Maßnahmen die Energieeffizienz prinzipiell verbessert und somit der Gesamtenergieverbrauch reduziert. Andererseits werden durch den Einsatz von neuen Technologien die bisherigen fossilen Energieträger durch erneuerbare Energiequellen substituiert. Das prominenteste Beispiel dafür ist der Einsatz von Wasserstoff anstelle von Erdgas, welches aktuell in der AMAG-Gießerei getestet wird. Die Verwendung von anderen Energieträgern bringt nicht nur technische Herausforderungen mit sich, sondern es müssen dabei auch hier potenzielle negative Effekte auf die Produktqualität evaluiert werden. Bei der Verbrennung von Wasserstoff muss beispielsweise eine veränderte Ofenatmosphäre berücksichtigt werden. Auswirkungen auf die Schmelze und den anschließenden Gießprozess sind wesentliche Fragestellungen.
Aber auch weniger energieintensive Prozesse als das Schmelzen werden bei den Betrachtungen nicht außen vor gelassen. Reduktionen von Prozesstemperaturen oder Durchlaufzeiten leisten ebenso einen nennenswerten Beitrag zur Senkung des CO2-Ausstoßes. Für diese Prozessparameter bedarf es einer besonders detaillierten Analyse, um die spezifischen Eigenschaften der Produkte nicht zu gefährden und die Einhaltung sämtlicher Qualitätsparameter sicherzustellen. Versuche werden bereits im Vorfeld ausgeführt und können bei positivem Abschluss in die Serienproduktion übernommen werden. All diese Anpassungen in der chemischen Zusammensetzung und der Prozessführung gehen auch nicht spurlos an der Oberflächenbeschaffenheit vorüber. Zur Überprüfung der Produktqualität und insbesondere der Oberflächengüte stehen bei AMAG unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung.Entlang der Prozesskette finden sich mehrere optische Inspektionssysteme (OIS) wieder, welche selbst bei hohen Kaltwalzgeschwindigkeiten in der Lage sind, die Oberfläche systematisch zu erfassen, Defekte zu erkennen und zu klassifizieren. Die Informationen aus diesen Messsystemen werden zur direkten Bewertung verwendet, aber auch zur Erstellung von Zuschnitt-Informationen, damit betroffenes Material an den Finalanlagen direkt entfernt werden kann. Neben den High-Tech-Systemen kommt nach wie vor auch das menschliche Auge zum Einsatz, an den VIS-Stationen (visuelle Inspektion) können die Mitarbeitenden das durchlaufende Band direkt begutachten. Zur besseren Visualisierung können direkt vor Ort Farbe und Intensität vom installierten Lichtsystem variiert werden. Für viele Prozessschritte kann auf diese Art direkt eine Feinabstimmung erfolgen, wie beispielsweise der Sprühprozess der chemischen Vorbehandlungsmöglichkeiten für oberflächensensibles Automobilmaterial. Für einige Produkte gibt es bei AMAG intern eingeführte Prüfverfahren, welche beispielsweise zur Abschätzung der Oberflächenqualität von Glanzprodukten angewendet werden. In einem hauseigenen Anodisiertechnikum stehen Tauchbecken für Beiz- und Anodisierprozesse zur Verfügung, welche nach Kundenvorgaben abgestimmt an den Materialproben durchgeführt werden. Glanzeigenschaften sowie Qualitätskriterien der erzeugten Oxidschicht können so für ein Monitoring der Materialqualität sowie zur Optimierung der Produktionsprozesse genutzt werden. Insbesondere in Kombination mit der neuen Bandveredelungsanlage stellt diese rasche und effiziente Information zu AMAG-Produkten eine wichtige strategische Sicherstellung der Oberflächenqualität dar. An der Bandveredelungsanlage werden unter anderem Materialien aus den Produktgruppen Architektur, Lot und Glanz chemisch behandelt, um deformierte Zonen und Verunreinigungen aus den obersten Materialschichten zu entfernen. Auf diese Weise können nicht nur sehr saubere, defektfreie Oberflächen, sondern auch auf Folgeprozesse optimierte und funktionale Oberflächen erzeugt werden (Abbildung 1).
Sensible Oberflächenqualitäten werden jedoch auch schon bei früheren Prozessschritten stark beeinflusst. Warmbandabschnitte beispielsweise können im Anodisiertechnikum durch die chemischen Prozesse zielgerichtet bearbeitet und für weitere Untersuchungen vorbereitet werden. Durch Beizreaktionen können Rauheiten freigelegt bzw. verstärkt werden, wodurch Deformationen und Verformungen der Oberfläche basierend auf der Walz-Historie sichtbar werden. Optimierungen und Rückschlüsse auf den Einfluss von Walzenrauheit, Stichabnahme bis hin zur Emulsionszusammensetzung können so getroffen werden. Neben den Möglichkeiten zur Oberflächenkontrolle direkt an den Produktionslinien, verfügt AMAG über ein top modernes Prüflabor. Das Center for Material Innovation (Abbildung 2) ist das Forschungs- und Prüfzentrum der AMAG. Mit der Expertise aus den Fachbereichen Chemie, Metallographie, Mikroskopie, Umweltmesstechnik, Werkstoffprüfung und Oberflächentechnologie kann AMAG auf ein einzigartiges Knowhow zurückgreifen. Die Labore sind nach höchstem österreichischem Standard akkreditiert und verfügen neben einer Reihe an anderen Zertifikaten ebenfalls über eine NADCAP (Materials Testing Laboratories) Zertifizierung für Luftfahrtprodukte. Mit normbasierten Materialprüfungen können hier wichtige Qualitätsmerkmale der Produkte nach internationalem Standard durchgeführt werden, womit AMAG ihren Kunden höchste Zuverlässigkeit bei übermittelten Materialinformationen bieten kann. Diese standardisierten Prüfungen werden vorwiegend als Freigabekriterium für die AMAG-Produkte herangezogen und dementsprechend in hoher Frequenz geprüft (Beispiele jährliche Messungen: >100.000 Zugversuche, >7.000 Gefügecharakterisierungen, >6.000 Korrosionstests, >2.500 Passivierschichtanalysen). Produkte, welche auf Kundenwunsch unter der Marke AL4® ever produziert und verkauft werden, durchlaufen die gleichen hohen Qualitätsstandards und werden ebenso mit den gleichen Materialtests geprüft. Eine abweichende Qualität kann somit aufgrund der Vielzahl von Prüfmöglichkeiten sehr rasch und effizient erkannt und somit vermieden werden.
Im Automobilbereich stellt die Ti/Zr-Passivierung von Bandmaterial einen sehr oberflächensensiblen Prozess dar. Der nasschemische Beschichtungsprozess der Passivierung erfordert eine hohe Präzision und kontinuierliche Kontrolle, wodurch typische Schichtauflagen von 4 mg/m² appliziert werden können. Bei AMAG erfolgt die Auftragung dieser sehr dünnen Schicht ausschließlich mittels Roll-Coater-System. Durch das Verfahren wird einerseits die exakte Beschichtung realisiert und zudem der umweltschonende Aspekt im Gegensatz zu einem Sprühverfahren bevorzugt. Bei dieser Beschichtungstechnik wird die wässrige Passivierungsflüssigkeit durch Rollen auf die Bandoberfläche aufgebracht, wodurch nur die tatsächlich benötigte Menge verbraucht und kein Chemikalienabfall generiert wird. Im Labor wird die applizierte Beschichtung mithilfe von modernen Röntgenfluoreszenzmessgeräten analysiert und für die Freigabe bewertet. Die Oberflächenprüfung für Ti/Zr-passivierte Automobilbänder ist somit nicht nur ein wichtiger Freigabeprozess, da sie einen Qualitätsparameter des Materials abbildet, sondern lässt auch Rückschlüsse auf die Stabilität der chemischen Produktionsprozesse zu. Jedes passivierte Band wird bei AMAG hinsichtlich der gleichmäßig und präzise applizierten Ti/Zr-Schichtauflage überprüft (Abbildung 3).
Für neue Produkte, Weiterentwicklungen von Prozessen und Optimierungen entlang der Produktionsroute werden bei AMAG maßgeschneiderte Materialprüfungen oder Charakterisierungsmethoden angewendet. Ein Beispiel für neue und innovative Prüftechnik ist der inhouse entwickelte Klebe-Schnelltest.Die Bestimmung der Klebeperformance von Aluminiumwerkstoffen stellt eine äußerst zeitintensive Prüfmethode und zugleich einen der oberflächensensibelsten Qualitätsparameter dar. Insbesondere im Automobilbereich steht diese Fügetechnik für ein immer wichtiger werdendes Karosseriebaukonzept. Entsprechend diesem Trend ist das Klebeverhalten eine wichtige Anforderung an das Material. Je nach spezifischem Anwendungsbereich und Kunden werden im Automobilbau unterschiedliche Klebstoffe eingesetzt, welche wiederum verschiedene Prüf- und Bewertungsmethoden erfordern. Eine besonders anspruchsvolle Variante ist die Klebeprüfung mit Strukturklebstoffen, bei welcher die Probekörper in einem neutralen Salzsprühnebeltest bis zu 3.000 h künstlich gealtert werden. Die Grenzfläche von Aluminiumblech zu Klebstoff ist hier der entscheidende Faktor, welcher bei einer unzureichenden Oberflächenqualität unvermeidlich zu einem Versagen der Klebeverbindung führt. Durch eine Abänderung der Probenherstellung in Kombination mit den Prüfbedingungen ist es bei AMAG im Schnelltest gelungen, die künstliche Alterung auf ca. 300 h zu reduzieren. Das Ergebnis nach dieser beschleunigten Alterungsmethode kann dennoch als sehr gute Tendenzabschätzung der Klebeperformance im Serienbetrieb herangezogen werden. Bei Entwicklungen und Optimierungen der Produkte und Prozesse kann auf diese Art die Qualität der Oberfläche zielgerichtet und effizient überprüft werden. Eine kontinuierliche Beprobung der laufenden Produktion ermöglicht so ein zeitnahes Feedback bei prozessbedingten Schwankungen und somit eine Absicherung der hohen Oberflächengüte. Durch intensive Entwicklungsarbeiten konnte in der AMAG ein umfangreiches Klebe-Know-how aufgebaut werden. Das Verständnis für funktionierende Oberflächen sowie die Interpretationsfähigkeit von guten und schlechten Klebeergebnissen stellt einen bedeutenden Nutzen für viele individuelle Kundenlösungen dar.
