Samen alternatieven vinden en ontwikkelen voor diverse Cr(VI) deklagen

Jaap van Peperstraten

Op 1 juli 2021 werd het vecco:net-netwerk gelanceerd met 35 deelnemende bedrijven en onderzoeksinstellingen en aanzienlijke financiering van het Duitse ministerie van Economische Zaken en Energie. Het bedrijfsnetwerk biedt een platform voor bedrijven om in samenhang strategieën en oplossingen te ontwikkelen voor de vervanging van op Cr(VI)-gebaseerde processen in hardverchromen en andere functionele coatings en de alternatieven geschikt te maken voor praktijktoepassing.

Vecco:net is opgericht als een initiatief van Vecco e.V. en eiffo eG samen met Vereniging ION en het Oostenrijkse AOT. Samen met Innovat.ION heeft eiffo de ontwikkeling en het beheer van het netwerk en de ondersteuning van de bedrijven bij de uitvoering van maatregelen in handen genomen. Dit artikel is een vertaling van een Duits artikel dat vorige maand is verschenen in het Duitse tijdschrift WOMag, Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche.

In een gezamenlijk initiatief willen de verenigingen AOT, ION en VECCO samen met eiffo eG en Innovat.ION een Europees innovatieplatform voor duurzame coatingtechnologieën opzetten onder de naam “vecco:net”. Het doel is om een basis te creëren voor het duurzaam ondersteunen van de aangesloten bedrijven van de drie verenigingen bij de ontwikkeling en implementatie van substitutiemaatregelen voor Cr(VI) en andere SVHC-stoffen, gelet op de bepalingen in REACH. Het gezamenlijke innovatieplatform moet ook openstaan voor andere bedrijven en verenigingen

Het concept van vecco:net voorziet in het combineren van onderzoek en ontwikkeling voor veilige coatingtechnologieën zonder dat er chemicaliën nodig zijn die schadelijk zijn voor de mens en het milieu. Dit zal worden opgepakt met gebruikmaking van moderne informatie- en datatechnologieën in overeenstemming met het concept van Industrie 4.0. De visie hierachter is om de noodzakelijke ontwikkeling voor het vermijden van schadelijke stoffen te combineren met een verdere ontwikkeling van productkwaliteit, procesefficiëntie en duurzaamheid voor concurrerende toeleveringsketens op de lange termijn.

Het concept is gebaseerd op de strategie van de ‘Green Deal’ waarmee de Europese Unie tegen 2050 een duurzame en klimaatneutrale circulaire economie wil creëren. Het concept richt zich evenzeer op de belangrijke marktbehoeften en ontwikkelingstrends, die een enorme impact hebben op de voornamelijk middelgrote sector van de industriële oppervlaktetechnologie. De voortdurende aanscherping van de milieuwetgeving, de urgentie om Algemeen de hulpbronnenefficiëntie te verhogen in het licht van de klimaatverandering en de schaarste aan kritieke materialen, evenals de voortdurend groeiende vraag van klanten naar meer kosteneffectieve coatingoplossingen die zijn afgestemd op hun specifieke behoeften, betekenen voor bedrijven een zeer complexe druk om te innoveren. De oplossing van dit complexe probleem vereist nieuwe, slimmere en flexibelere productie-oplossingen voor metallische functionele coatings op een breed front. Deze zullen samen leiden tot een aanzienlijke technologische omwenteling waarvan de ontwikkeling alleen kan worden gerealiseerd in een gezamenlijke aanpak.

cover 2.jpg

Met de implementatie van REACH in de oppervlaktetechnologie is de vervanging van op Cr(VI) gebaseerde coatingtechnologieën - en het noodzakelijke onderzoek, ontwikkeling en innovatie voor dergelijke vervanging - een prioriteit geworden. Met vecco:net willen de initiatiefnemers de betrokken bedrijven hierbij concreet ondersteunen. De vervanging van op Cr(VI) gebaseerde coatingtechnologieën zal niet lukken door een één op één vervanging van de ene productietechnologie door een andere. Daarentegen zullen er in de betreffende supply chain vaak aanzienlijke innovaties nodig zijn om de vereiste kwaliteitsdoelstellingen te bereiken.

succesvolle vervanging is complex doordat de productspecificaties, materiaalparameters van het basismateriaal (bijvoorbeeld staal) en de procesparameters van oppervlaktebehandeling (bijvoorbeeld hardverchromen) meestal zeer van elkaar afhankelijk zijn. Microscopische veranderingen in de materiaalkwaliteiten van onedele metalen, bijvoorbeeld veroorzaakt door een verandering in de productietechnieken van het basismetaal, kunnen de hechting en corrosiebestendigheid van de coating aanzienlijk verminderen en leiden tot kritieke productfouten. Bij het omgaan met dergelijke afhankelijkheden ontwikkelen supply chain-partners meestal uitgebreide impliciete kennis om aan alle vereiste specificaties te voldoen en de algehele efficiëntie te optimaliseren.

Daarom streeft vecco:net naar het zoveel mogelijk ontwikkelen en ontwerpen van substitutiemaatregelen waardoor de gevestigde supply chain-structuren, bedrijfsprocessen en partners in de supply chain zoveel mogelijk kunnen worden gehandhaafd. Dit verlaagt de complexiteit en de kosten van technologiesubstitutie aanzienlijk.

Implementatie in het netwerk.JPG

UITVOERING VAN HET INITIATIEF
Onder de naam vecco:net (Netwerk nieuwe technologieën voor metallische functionele coatings) wordt dit concept geïmplementeerd in een innovatienetwerk dat wordt gefinancierd door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Energie. Momenteel wordt een opstartfase van 18 maanden (fase 1) gefinancierd; een voortzetting van de financiering voor nog maximaal drie jaar (fase 2) is gepland. 25 bedrijven en tien onderzoeksinstellingen hebben zich vanaf het begin aangesloten bij vecco:net. Het management is in handen van eiffo eG samen met Stichting Innovat.ION, het innovatiebureau van Vereniging ION.

PROCEDURE / STAND VECCO:NET
Aanvang: 1 juli 2021
Fase 1: 18 maanden
Fase 2: vanaf 2023

Doelen fase 1 (eind 2022)
• Opbouw van de roadmap
• 5 projecten tot in detail uitgewerkt en (voor zover mogelijk) aangevraagde financiering
• In Technische werkgroep 1: 2-3 projecten
• In Technische werkgroep 2 en 3: 1 project elk
• Deskundigencommissie voor de evaluatie van vervangende maatregelen
• Uitbreiding internationale samenwerking

Het gezamenlijke werk in vecco:net richt zich op de evaluatie van bestaande technologieën en oplossingen, de ontwikkeling van innovatieve technologieën tot een geschikte toepassing en de overdracht naar industrieel gebruik, met tot slot evaluatie van de nieuwe toepassing. Dit proces wordt geïllustreerd in bijgaande afbeelding.

De taken van Vecco:net omvatten:
• Een gemeenschappelijke routekaart opstellen voor de ontwikkeling en implementatie van substitutietechnologieën op basis van vereisten die door leden en/ of hun klanten zijn geïdentificeerd.
• Initiatie en uitwerking van gezamenlijke O&O-projecten en andere passende maatregelen met het oog op substitutie.
• Klanten en eindgebruikers bij dit netwerkinitiatief betrekken gelet op mogelijke gezamenlijke technologische ontwikkelingen.
• Het opzetten van een internationale commissie van experts om de substituties de komende jaren op een neutrale en professionele manier te beoordelen, en waarvan de expertise wordt erkend door de belangrijkste belanghebbenden (autoriteiten, marktleiders, klanten).
• Coördinatie van een methodologie voor het beoordelen van technologieën en risico’s met behulp van analysemethoden en softwaretools.

Voor de opstartperiode van 18 maanden is een gedetailleerd werkplan voor de taakuitvoering opgesteld, dat op de volgende pagina is samengevat.

WERKPLAN
1 Organisatie, communicatie en administratie

Netwerkbureau, public relations, communicatie met leden alsmede vergaderingen en algemene ledenvergadering, coördinatie van de netwerkstrategie, coördinatie met adviesraad; contractuele afspraken, financiën.

2 Marktanalyses, methodologie en strategie
Identificatie van marktvereisten waarbij marktleiders en klanten betrokken zijn; methoden voor technologie-evaluatie; strategie en organisatie op middellange termijn. Oprichting van een panel van experts: belangrijke stakeholders in het substitutieproces zijn klanten, overheden en politici. Om ervoor te zorgen dat bij de technologieontwikkeling voldoende rekening wordt gehouden met hun behoeften, moet een internationaal comité van deskundigen worden opgericht dat de expertise heeft om de in beeld komende alternatieve technologieën neutraal en deskundig te beoordelen en waarvan de expertise door belanghebbenden wordt erkend.

3 Gezamenlijke routekaart voor onderzoek, ontwikkeling en implementatie van alternatieve technologieën
Oprichting van technische werkgroepen; analyse van technologieën; uitwerken van roadmap-onderwerpen met technologie-assessment, haalbaarheidsstudies, etc.; Tijdschema en ontwerp van financieel plan voor de uitvoering.

4 Implementatie van de routekaart
Hoofdtaak van fase 1 is start en planning van concrete O&O-projecten. Afhankelijk van de voortgang in de technische werkgroepen worden financieringsaanvragen voor deze projecten voorbereid. De concrete uitvoering van R&D-projecten wordt voornamelijk gepland vanaf fase 2 van de netwerkontwikkeling.

ecco:net voert het werkplan uit in samenwerking met de leden. Er zijn twee verschillende werkniveaus: het netwerk of strategieniveau en het project- of praktijkniveau. Op netwerkniveau brengen netwerkleden eerst hun technische eisen en hun markt- en technologiekennis in. Op basis hiervan wordt de netwerkstrategie ontwikkeld met als kernelement de gezamenlijke R&D-roadmap.

Op projectniveau nemen de leden actief deel aan de implementatie van de R&D-roadmap, afhankelijk van hun behoeften en mogelijkheden in concrete ontwikkelingsprojecten. De projectplanning en de uitvoering van de projecten worden in belangrijke mate ondersteund door het netwerkbeheer. Als er extra technologische competenties nodig zijn, worden externe partners betrokken, zoals onderzoeksinstellingen en technologieleveranciers.

FOCUS OP TECHNOLOGIE
De via vecco:net geplande technologische ontwikkeling is onderverdeeld in drie werkterreinen:

Werkterrein 1, Processen
Ontwikkeling van nieuwe coatingtechnologieën en systemen op het gebied van elektrochemische depositie en hun combinatie met fysische processen. De focus ligt met name op de volgende maatregelen:
• Ontwikkeling van op Cr(III) gebaseerde functionele verchromingsprocessen tot applicatierijpheid, bijvoorbeeld gebaseerd op een beter begrip van de proceskinetiek van elektrochemische depositie en laagstructuur.
• Verdere ontwikkeling van fysieke coatingprocessen ter vervanging van hardchroom, zoals cold spray technologie of laserdepositielassen met uitbreiding van toepassingen en invoermaterialen.
• Combinatie van elektrochemische coating met fysische processen zoals PVD/ CVD.

Een brede ontwikkelingsaanpak is vereist, omdat geen enkele alternatieve technologie het brede eigenschappenprofiel van functionele verchroming van zeswaardige elektrolyten één op één kan vervangen. Zo is gebleken uit enkele Duitse onderzoeken naar alternatieve technologieën voor hardverchromen. Per toepassing moet er dus gekeken worden naar een geschikt alternatief dat voldoet aan alle technische en economische vereisten.

Werkterrein 2, Materialen
De focus ligt op nieuwe en verder ontwikkelde materialen voor coatings. De gebruikte substraatmaterialen zijn belangrijk bij de ontwikkeling van oplossingen; de interactie tussen substraatmateriaal en coating is hier bijzonder kritisch. Verdere ontwikkelingen van de coatings, zoals dispersiedepositie met de integratie van nanodeeltjes in de laag, vereisen een goed begrip van de interfaciale verschijnselen in de interactie van basismateriaal, voorbehandeling en coatings. De validatie van de processen vereist ook analysemethoden voor de bepaling van de materiaaleigeschappen, met name de microstructuur van de lagen, maar ook voor de bepaling van de procescomponenten in de oplossingen.

Werkterrein 3, Digitalisering
Zowel de ontwikkeling zelf als de nieuwe productieprocessen voor metallische functionele coatings vereisen nieuwe, intelligente en op gegevens gebaseerde methoden en procedures om de complexiteit van de vereisten onder de knie te krijgen.
De volgende aspecten zijn belangrijk:
• Digitalisering van materiaaldata en datagedreven materiaalontwikkeling als fundamenteel instrument voor de verdere ontwikkeling van materialen en processen
• Datagedreven analysemethoden (“big data”-benadering) voor de bepaling van materiaaleigenschappen en voor online-analyse voor de bewaking van fabricageprocessen
• Data-technische netwerken van operationele en productieprocessen binnen het bedrijf en in de supply chain om de procesefficiëntie, flexibiliteit en transparantie te verhogen
• In kaart brengen van productieprocessen als een “digital twin” voor simulatieondersteunde procescontrole en procesbewaking inclusief risicobewaking
• Methoden voor het evalueren van innovatieve processen met betrekking tot levenscyclusprestaties en risicobeoordeling.

GEZAMENLIJKE BEHANDELING VAN VERVANGINGSONDERWERPEN
Doelen
• Evaluatie en ontwikkeling van alternatieven voor het gebruik van Cr (VI) voor oppervlaktebehandeling
• Vergelijkende evaluatie van producten en toeleveringsketens

Activiteiten
• Verzameling en evaluatie van technologieën
• Productvergelijking met alternatieven • Ontwikkelingen

Momenteel
• Evaluatie van beschikbare informatie of studies met betrekking tot de beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van besproken technologieën
• Directe technologieontwikkeling afhankelijk van resultaten

TECHNISCHE WERKGROEPEN
De uitwerking van de concrete thema’s en ontwikkelingsprojecten, zoals vastgelegd in de R&D- roadmap, vindt plaats in technische werkgroepen (T.W.). Op basis van discussies in die werkgroepen en in afstemming met de deelnemende R&D-instituten, technologieleveranciers en gebruikers worden de onderwerpen van de roadmap technisch uitgewerkt en de individuele ontwikkelingsbehoeften van de benodigde maatregelen bepaald. Die uitwerking krijgt gestalte in bijvoorbeeld technologiebeoordelingen, haalbaarheidsstudies, onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten, ontwikkeling van technologie en toepassingen of het industrieel testen van een ontwikkelde technologie.

Het netwerkbeheer modereert de T. W., bereidt de werksessies voor en stemt de werkgroepen met elkaar af. Gelet op het werkterrein Processen zijn in de eerste vier maanden van het netwerk drie technische werkgroepen gevormd.

• T. W. 1: Ontwikkeling van op Cr(III) gebaseerde functionele verchromingsprocessen tot applicatierijpheid
• T. W. 2: Toepassingspotentieel van PVD/ CVD-proces in metallische functionele coating
• T. W. 3: Toepassingspotentieel voor laserdepositielassen in metallische functionele coating

In webinars werden gedetailleerde vereisten verzameld en de eerste benaderingen voor technologische ontwikkelingen gepresenteerd en besproken.

OPEN PLATFORM
Zoals in het begin al vermeld, is vecco:net ontworpen als een open en groeiend innovatieplatform, waarbij andere bedrijven in de oppervlaktetechnologie, onderzoeksinstituten en verenigingen zich kunnen aansluiten. Deelname vereist het sluiten van een samenwerkings- en geheimhoudingsovereenkomst en een contributie. Geïnteresseerden kunnen voor meer informatie contact opnemen met het netwerkbeheer van eiffo eG, Stichting Innovat.ION of Vereniging ION.

Afkortingen
Arbeitsgemeinschaft Oberflächentechnik (AOT): Branchevertegenwoordiging voor Oostenrijkse oppervlaktetechniek, Vereniging ION, Vereniging Industrieel Oppervlaktebehandelend Nederland Vecco: Vereniging voor het behoud van het gebruik en de exploitatie van chroomtrioxide en andere chemicaliën in de oppervlaktetechnologie.

Tekst: Uwe König, Berthold Seßler, Ernst Udo Sievers (eiffo); Matthias Enseling, Marita Voss-Hageleit (VECCO); Christian Herzog (AOT), Arjan de Bruin, Egbert Stremmelaar (Vereniging ION).

MEER INFORMATIE
www.vereniging-ion.nl
www.eiffo.de
www.vecco.de
debruin@vereniging-ion.nl

Reacties