Grafenbaserade ytskydd med bättre ledningsförmåga

Provexa EARTH

Delar av aluminium och stål ytbelagda med den patenterade Provexa PLUTO© 1.0-beläggningen av grafenbaserad komposit. Ytbeläggningen kan färgsättas i olika kulörer och ökar ledningsförmågan och skyddar mot korrosion. Beläggningen kan användas för elkomponenter och för tillämpningar inom bland annat bilindustrin.

Provexa EARTH

Syfte och mål

Projektet skulle ta fram ett nytt ytskikt och en tillhörande process. Med hjälp av grafen var förhoppningen att kunna nå en avsevärt högre ledningsförmåga samt både bättre korrosionsskydd och friktionsegenskaper. Provexa och Chalmers Industriteknik har genomfört initiala studier i en egenfinansierad förstudie och fått fram lovande preliminära resultat.

Ytskyddet kommer att kunna användas av alla typer av kundgrupper som Provexa har idag. Framförallt kommer det att kunna användas för fästelement i elfordon, där ett bra ledande ytskydd saknas idag. Den globala färg- och beläggningsindustrin värderades 2017 till 128 miljarder euro, varav 15% inom bilbranschen (cirka 20 miljarder euro). Det grafenbaserade ytskyddet utvecklades i flera olika omgångar och utvärderades genom olika tester. Målet var att få en reproducerbar beläggning och skalbar process, som visar att ledningsförmåga, friktions- och korrosionsegenskaper kan optimeras samtidigt.

Resultat

Projektmålen har uppnåtts.

En grafenbaserad ytbeläggning har utvecklats som både ger ökad ledningsförmåga, bra korrosionskydd och goda friktionsegenskaper för mekaniska fästelement. Den grafenbaserade ytbeläggningsprodukten har fått namnet PLUTO.
Ett flertal tester har utförts med varierande grafen-koncentrationer i elektrolytiska bad, med optimering av olika depositionsparametrar såsom temperatur, strömtäthet och tid som påverkar ledningsförmåga samt korrossions- och friktionsegenskaper.
Den största utmaningen i projektet var att optimera samtliga egenskaper parallellt. För att övervaka av grafenets egenskaper (partikelstorlek och koncentration med mera) i det elektrolytiska badet, genomfördes först ett test av en lovande metod. Denna metod kommer att vidareutvecklas i framtida projekt. Merparten av genomförda tester har gjorts på stålsubstrat. Ytterligare optimering kommer att krävas på andra material såsom aluminium, rostfritt stål och i andra tillämpningar.
Provexa har beslutat att slutföra en patentansökan internationellt och lokalt i utvalda länder. De patentsökningar som gjorts inom området påvisade inga uppenbara hinder och därmed är möjligheten god för att söka patent på metod och produkt. Sannolikheten för att få ett patent godkänt är därmed god.
Parallellt med detta projekt har Provexa själva finansierat och byggt en produktionslinje för sin den nya grafenbaserade ytbehandlingsprodukt PLUTO. Resultatet av projektet kommer att integreras i denna produktionslinje vilket gör att både kvalitet, kapabilitet och produktivitet kommer att förbättras väsentligt i samband med industrialiseringen av PLUTO. Denna produktionslinje startades upp i januari 2019 och leveranser till kunder har redan påbörjats.

Abstract in English

Graphene-based surface layers with improved conductivity
The project has developed a new surface layer and an associated process. By using graphene, the aim was to achieve considerably higher conductivity as well as better corrosion protection and friction properties. The surface protection will be able to be used for fastening elements in electric vehicles, where a good conductive surface protection is lacking today. The graphene-based surface protection was developed in different rounds and was evaluated through different tests. The goal was to have a reproducible coating and scalable process, which shows that conductivity, friction and corrosion properties can be optimized simultaneously.

Results
The project goals have been achieved.

▪ A graphene-based coating has been developed which provides increased conductivity, good corrosion protection and good friction properties for mechanical fasteners. The graphene-based coating product has been named PLUTO.
▪ Several tests have been carried out with varying graphene concentrations in electrolytic baths, with optimisation of different deposition parameters such as temperature, current density and time that affect conductivity as well as corrosion and friction properties.
▪ The biggest challenge in the project was to optimise all properties in parallel. To monitor the properties of the graphene (particle size and concentration, etc.) in the electrolytic bath, a test of a promising method was first performed. This method will be further developed in future projects. Most of the tests carried out have been done on steel substrates. Additional optimization will be required on other materials such as aluminum, stainless steel and in other applications.
▪ Provexa has decided to complete a patent application internationally and locally in selected countries. The patent applications made in the area did not reveal any obvious obstacles and thus the possibility is good for applying for a patent for method and product. The probability of obtaining a patent is therefore good.
▪ In parallel with this project, Provexa has itself financed and built a production line for its new graphene-based surface treatment product PLUTO. The result of the project will be integrated into this production line, which means that both the quality, capacity and productivity will be significantly improved in connection with the industrialization of PLUTO. This production line was started in January 2019 and deliveries to customers have already begun.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen – våren 2018

Projektpartners: Provexa och Chalmers Industriteknik

Projektledare: Sophie Charpentier, Chalmers Industriteknik

Projektform: Forsknings- och innovationsprojekt

Bidrag: 630 000 kr

Projektets löptid: 15 maj 2018 - 15 mars 2019

Relaterade styrkeområden:

Ytbeläggning