Nikkelbelagte og forkromede overflader udgør et stigende problem i hele verden – især i USA, hvor antallet af nikkelallergikere er i kraftig vækst. En dansk virksomhed har sammen med forskere på DTU udviklet en ny teknologi til en overfladebelægning, der er både ufarlig, billig og mere miljøvenlig.
I Danmark har vi siden 90’erne været opmærksomme på nikkelallergi og på at reducere brugen af nikkel i materialer, som kommer i kontakt med huden. Siden 1994 har området været under regulering af EU. Men i USA er historien en anden. Der har man ikke i samme omfang været opmærksomme på problemet, og det har betydet, at op mod 20 pct. af den amerikanske befolkning i dag er sensitive over for nikkel. Først i de senere år er opmærksomheden på brugen af nikkel øget markant i USA.
Problemet med nikkelbehandlede overflader er, at grundstoffet nikkel nemt frigives fra overfladen og kan forårsage allergi. Også forkromning af overflader er problematisk, fordi der traditionelt anvendes såkaldt heksavalent krom, som kan udgøre en kræftrisiko, mens der overfladebehandles.
Derfor har virksomheden Elplatek, der laver overfladebehandlinger, store forventninger til sit nye produkt: En tin-nikkel-overfladehandling kombineret med en forkromning med trivalent krom.
Fjerner risiko for allergi
Tin-nikkel frigiver ikke nikkel, som andre nikkelbehandlede overflader, så det eliminerer risikoen for nikkelallergi. Derudover er det endog meget korrosionsbestandigt, og det betyder, at man kan reducere tykkelsen på belægningen.
Trivalent krom er i modsætning til heksavalent krom ikke kræftfremkaldende. Når man erstatter den heksavalente krom med trivalent krom, får man en overflade, der til forveksling ligner de forkromede overflader, vi kender fra biler, vandhaner, stoleben og barnevognsstel. Men som holder længere, og som ikke udgør en helbredsrisiko.
Direktør for Elplatek, Jan Boye Rasmussen, siger: ”Man får en meget bedre korrosionsbeskyttelse end ved traditionel forkromning. Vi reducerer nikkelforbruget med omkring 80 pct. Det sparer mange penge. Endelig eliminerer vi risikoen for nikkelallergi og kræft. Det er win-win-win.”
Billigere processer
Processen, hvor man overfladebehandler et emne, kaldes elektroplettering, og den består i, at metaller udfældes fra et bad, der indeholder de respektive metaller som ioner. Ved hjælp af en negativ elektrisk spænding på emnet deponeres tin og nikkel simultant som en legering i en såkaldt intermetallisk forbindelse. Om fordelen ved metoden forklarer Jan Boye Rasmussen:
”Hvis f.eks. udstyr til en bil skal pletteres med rent nikkel, skal der bruges en belægning på omkring tyve mikrometer, for at belægningen giver den rigtige korrosionsbeskyttelse og i øvrigt bliver blank og pæn. Ved at bruge tin-nikkel i stedet kan vi nøjes med at plettere et lag, der er seks mikrometer tykt. Ydermere indeholder den nye belægning en tredjedel nikkel og to tredjedele tin. Dermed bruger vi kun, hvad der svarer til omkring to mikrometer ren nikkel – altså 10 pct. af, hvad vi ellers ville have brugt,” siger han og tilføjer, at den mindre tykkelse på belægningen også betyder, at pletteringsprocessen går hurtigere og dermed øger kapaciteten på anlæggene. Det sparer både energi og produktionstid.
Bedre end rustfrit stål
Tin-nikkelbelægningen ligner rustfrit stål og er meget mere korrosionsbestandig. Derudover har tin-nikkel den fordel, at nikkelet er bundet i legeringen som en intermetallisk forbindelse. Det betyder, at stoffet ikke kan opløses af sved og fremkalde nikkelallergi.
Efter tin-nikkelbelægningen er deponeret på overfladen, går produktet gennem flere skylleprocesser, før den egentlige krombelægning udfældes på overfladen for at give det rigtige kromlook. Traditionelt bruger man som nævnt heksavalent krom til forkromninger, men Elplatek har taget patent på en proces, hvor man i stedet bruger trivalent krom.
”Det er nyt at bruge kombinationen af tin-nikkel og trivalent krom,” fortæller Jan Boye Rasmussen. ”Og det har vist sig at være helt unikt. Vi fjerner kræftrisikoen, ligesom vi har fjernet risikoen for allergi og minimeret omkostningerne i de tidligere processer. Og når man tænker på, i hvilket omfang vi er omgivet af forkromet nikkel, så bliver perspektiverne pludselig store.”
Elplatek er netop nu i dialog med den største amerikanske producent af overfladebehandling til bilindustrien. Her ser man store perspektiver i at kunne fjerne risikoen for nikkelallergi og kræft, men også i de besparelser, som man kan forvente med den nye teknik. Men for Jan Boye Rasmussen stopper visionerne ikke her:”Bilindustrien er den første interessent. Men denne belægning kan bruges på vandhaner, møbler, plast og så videre. Vi er omgivet af blankt nikkel med krom på. Og hvis vi fjerner de risici, der er ved den teknik, man bruger, er det kun fantasien, der sætter grænser for, hvad man kan bruge det til.”
Metalemner – her er det sprinklerdyser af messing – påføres en belægning med tin-nikkel i stedet for ren nikkel. Påføringsmetoden betyder, at der kan påføres et langt tyndere lag, men med mindst samme grad af korrosionsbeskyttelse som ved brug af ren nikkel. Efterfølgende kan metalemnerne forkromes. Foto: Mikal Schlosser
Samarbejde med DTU er guld værd
Udviklingen af den nye teknik er foregået i samarbejde med DTU Mekanik. Professor Per Møller og hans studerende foretog undersøgelser af tinnikkels egenskaber og dokumenterede, at belægningen virker.
”Det har været en kæmpe hjælp at have DTU med,” siger Jan Boye Rasmussen.”Gennem de sidste fem år har vi rettet vores virksomhed mod nicher inden for overfladebehandling. Og vi er i gang med at prøve nye teknologier af. På den baggrund har vi samarbejdet med DTU om fem forskellige projekter, som vi har fået maksimalt udbytte af. DTU-forskerne har derudover sat os i forbindelse med virksomheder som Topsoe Fuel Cell, Siemens og andre i flere europæiske lande, som vi nu samarbejder med. Kronen på værket er indtil videre denne belægning, hvor DTU har udført test, som giver os et meget vigtigt rygstød, når vi skal ud med det nye produkt.”
Per Møller supplerer: ”DTU’s rolle har været at teste den teknologi, som Elplatek har udviklet. Og det har givet anledning til, at studerende har kunnet arbejde med en opgave, som har rod i virkeligheden,” siger han og tilføjer, at det også forskningsmæssigt har været interessant: ”Vi har testet belægningen for at se, hvor god den er korrosionsmæssigt. Og det var meget overraskende, at den er bedre end det allerbedste rustfrie stål, man overhovedet kan skaffe. Den er faktisk så god, at hvis vi pletterer guld ovenpå, er den mere stabil end guldet. Hvis vi udsætter den for en kraftig korrosionspåvirkning, forsvinder guldet før tin-nikkelen.”
Jan Boye Rasmussen er da heller ikke i tvivl om, at der ligger store perspektiver i tin-nikkels korrosionsbestandighed inden for mange flere områder end dekorative forkromede overflader. Som eksempel fremhæver han elektronikindustrien, hvor man også kan anvende tin-nikkellegeringen i kombination med ædelmetaller. Tinnikkel har nemlig også gode strømførende egenskaber.
”Man anvender ofte guld eller sølv i tykke lag på kontakter, og derfor er det oplagt at erstatte noget af dette med tin-nikkel og plettere tyndere lag af guld eller sølv ovenpå. Belægningen vil have de samme strømførende egenskaber, men guld er omkring 100 gange dyrere end nikkel, så der ligger store besparelser her,” slutter han.