Processen Expanite: alle voordelen van bestaande lage temperatuur nitreer- en carboneerprocessen bijeen

‘Slijt- en krasvast ferritisch roestvast staal geen toekomstmuziek, maar werkelijkheid‘

Interview prof. Marcel A.J. Somers, hoogleraar Metaalkunde in Denemarken, deel 2
 

In deel 1 van het interview door Hans Veltrop met prof.dr.ir. Marcel A.J. Somers, hoofd vakgroep Materials and Surface Engineering aan de TU van Denemarken, gaf Somers uitleg over zijn passie, uitdagingen en fundamenteel onderzoek op het gebied van Materials and Surface Engineering. Dit artikel gaat verder in op Somers’ bedrijf Expanite, bestaande nitreer- en carboneerprocessen in diverse media zoals gas, zout en plasma, en specifiek de Expanite-processen. ‘Slijt- en krasvast ferritisch roestvast staal is geen toekomstmuziek, maar werkelijkheid‘, geeft Marcel Somers daarbij aan.

Uw werk heeft een fundamenteel karakter met een technologische importantie en spin-off voor industriële toepassingen. Heeft deze instelling er ook toe geleid dat u een paar jaar geleden een bedrijf heeft doen oprichten voor het oppervlakteharden van roestvast staal?

De reden voor het starten van een bedrijf samen met twee van mijn voormalige promovendi is het gevolg van eerdere ervaringen met het implementeren van onze uitvindingen in warmtebehandelingsbedrijven. We hebben samengewerkt met meerdere warmtebehandelaars in Europa. Bij één hebben we geconstateerd dat men erop uit was om op basis van onze kennisoverdracht een alternatief voor ons patent te maken, zodat men de licensiekosten kon ontgaan en onafhankelijk van ons kon doorgaan geld te verdienen. Toen ik dat in de gaten kreeg was de licensieovereenkomst en de samenwerking snel ontbonden; een onsmakelijke ervaring moet ik bekennen. Bij een een ander bedrijf hadden we het gevoel dat ze ons patent kochten omwille van strategische belangen. Dat is natuurlijk belangrijk genoeg en we hebben daar goed aan verdiend, maar we hadden graag gezien dat onze ideeën in productie waren genomen; het lijkt er trouwens op dat dat inmiddels is gebeurd, dus we zijn wellicht te ongeduldig geweest. Toen we uiteindelijk een zeer elegante en eenvoudige methode ontwikkeld hadden om roestvast staal te nitrocarboneren en we de verplichtingen naar anderen met betrekking tot een “first right of refusal” waren nagekomen, hebben we de knoop doorgehakt en het lot in eigen hand genomen. We hebben daar veel van geleerd.

Is uw initiatief daartoe geboren uit uw interesse voor corrosie of uit uw ervaringen van stikstof- en koolstofdiffusie, zoals bij nitreren en nitrocarboneren?

Het initiatief ontstond in de tweede helft van de jaren ‘90, toen er steeds meer artikelen in de literatuur verschenen die handelden over plasmanitreren en plasmacarboneren van roestvast staal, met tal van mystificerende en ongeloofwaardige verklaringen die mijn fantasie te boven gingen. Laten we zeggen dat het mij provoceerde om dat in een gas te kunnen doen, zodat het proces beter te sturen zou zijn en men beter controle kon hebben over wat er in het roestvast staal gebeurde. Het was daarmee vooral mijn nitreer- en nitrocarboneer-achtergrond, die het proces om alternatieven op basis van gasprocessen in gang zette. Toen zich in 1999 een geschikte student aanbood om een afstudeerproject in deze richting te doen, konden we aan de slag gaan. Die student was Thomas Christiansen. Met hem heb ik alle kennis opgebouwd en de basis gelegd voor het bedrijf Expanite, dat we in 2010 hebben opgericht, samen met Thomas Hummelshøj.

Laatstgenoemde heeft een industriële carrière gekozen in Expanite, terwijl Thomas Christiansen en ik 100% aan de universiteit verbonden zijn en ons bezighouden met nieuwe ontwikkelingen op het gebied van de thermochemische oppervlaktebehandeling en andere interessante metaalkundige uitdagingen.

Waar komt de bedrijfsnaam “Expanite” vandaan?

Expanite is het resultaat van een brainstormsessie onder de drie stichters van dit bedrijf in de trein van Gotenburg naar Kopenhagen en is een samentrekking van Expanded en Austenite, waarbij de letter N (het chemische symbool voor stikstof) de verbinding tussen de twee woorden is. De ambitie was een naam te vinden die gemakkelijk in het gehoor ligt, nagenoeg zelfverklarend is en niet lijkt op iets anders en dus direct gevonden wordt met een search op het internet. In alle bescheidenheid geloof ik dat we daar in zijn geslaagd.

Nu we weten wat Expanite betekent; er bestaan veel nitreer- en carboneerprocessen in diverse media zoals gas, zout en plasma. Waarin verschillen de Expanite-processen van de andere bekende methoden en wat voegen ze extra toe?

Het kenmerk van Expanite is dat de processen worden uitgevoerd in gassen die zowel het oppervlak van roestvast staal kunnen activeren, dat wil zeggen de passiveringslaag strippen en het oppervlak kunnen nitrocarboneren of nitreren. Hierbij worden geen agressieve halogeniden gebruikt die aanleiding kunnen geven tot pittingcorrosie, zoals onze concurrenten met gasprocessen dat doen.

Ten opzichte van zoutbadprocessen is een grotere variatie mogelijk en ten opzichte van plasmaprocessen kunnen de te behandelen werkstukken als bulk behandeld worden en zijn ingewikkelde geometrieën mogelijk. De behandelde werkstukken behoeven geen nabehandeling, zoals bij bepaalde andere commerciële processen. Een heel ander aspect van Expanite is dat we de klant een oplossing willen bieden, die in principe in hun productielijn opgenomen kan worden, als dat gewenst wordt. Het proces wordt zodanig op maat gesneden dat de klant slechts op de knop hoeft te drukken om de behandeling in gang te zetten. We leveren op dit moment niet aan loonharderijen want we willen onze technologie in eigen hand houden.

Het nitreren en carboneren op lage temperatuur wordt inmiddels wereldwijd toegepast op voornamelijk austenitisch roestvaste stalen. Voorzover bekend niet op ferritisch roestvaste stalen. Volgens de Expanite-brochure zijn zij daartoe wel in staat en zelfs op nog meer bijzondere legeringen. Kunt u dat toelichten?

Expanite is gebaseerd op fundamentele kennis die over vele jaren is opgebouwd en voortborduurt op mijn kennis van het ferritisch nitreren en nitrocarboneren. Ik geloof dat ons onderzoek door de jaren heen in belangrijke mate ertoe heeft bijgedragen dat de mystiek rond het oppervlakteharden van roestvast staal is weggenomen. Als je eenmaal weet wat er precies in het staal gebeurt als er bij lage temperatuur stikstof of koolstof wordt opgelost, is het ook mogelijk om ferritische, martensitische, duplex of precipitatiehardende legeringen te kiezen die behandeld kunnen worden. Bedenk dat dit type behandelingen op dit moment wordt toegepast op bestaande legeringen die in de eerste plaats ontwikkeld zijn omwille van hun corrosievastheid in combinatie met sterkte-eigenschappen. Met onze kennis is het mogelijk om nieuwe roestvaste legeringen te ontwerpen die speciaal ontwikkeld zijn om gehard te kunnen worden: roestvaste nitreerstalen. Als universiteitsonderzoekers werken we daar dan ook aan.

Hoe ziet u de ontwikkeling van Expanite in de toekomst?

Expanite zal haar naam eer moeten aandoen door te expanderen. Op dit moment hebben we een treatment center in Denemarken waar we productie en ontwikkeling voor klanten uit de hele wereld uitvoeren. Het ligt in de bedoeling dit concept ook in andere landen te lanceren. We hebben sinds twee jaar een onsite installatie bij een fittingfabrikant in Ohio en er zijn meerdere onsite installaties onderweg naar grote klanten.

Jaarlijks gaan wereldwijd miljarden verloren ten gevolge van corrosie en slijtage; wat kunnen de Expanite-processen bijdragen aan het verminderen van deze kosten?

Zonder econoom te zijn kan ik me er over uitspreken dat Expanite-processen er toe kunnen bijdragen dat in applicaties, waar een combinatie van corrosie en slijtage een belangrijk degradatiemechanisme is, besparingen mogelijk zijn, mits men bereid is daarvoor te betalen. Maar afgezien van het slijtvast maken van roestvaste oppervlakken kunnen de Expanite-processen nog meer toegevoegde waarde geven. Zo wordt de weerstand tegen pittingcorrosie aanzienlijk verbeterd als er een hoog gehalte stikstof is opgelost nabij het oppervlak. Verbeteringen van een hele Volt in het pittingpotentieel zijn gemeten. Daarenboven wordt bij de oppervlakteharding een spanningsprofiel opgebouwd dat de vermoeiingseigenschappen aanzienlijk verbetert. Net als bij het nitreerproces van ferritische stalen is er sprake van een zeer veelzijdig proces.

Er is op gebied van nitreren en carboneren zo veel onderzoek gedaan, ook op roestvast staal, dat je je kunt afvragen, wat er nog te onderzoeken is. Zijn er nog blinde vlekken die u wilt invullen?

Wetenschappelijk gezien zijn er nog steeds zeer interessante “blinde vlekken”. Hier gaat het vooral om het modelleren van het proces. Dat is een grote uitdaging, want feitelijk is er nog veel onbekend. Zo is er op dit moment geen thermodynamisch model om geëxpandeerd austeniet te beschrijven. Je zou kunnen zeggen dat dat een absolute vereiste is om het proces te kunnen modelleren, uitgaande van de temperatuur en de gassamenstelling. Een andere intrigerende bijkomstigheid is dat de enorme drukspanningen in geëxpandeerd austeniet er toe bijdragen dat afwijkingen van de thermodynamica optreden en dat de inwaartse diffusie van elementen als stikstof en koolstof een extra drijvende kracht ondervindt. Wij werken thans aan beide fundamentele aspecten. Die zijn wetenschappelijk interessant en technologisch van grote waarde. Zoals reeds opgemerkt staat de technologie nog in de kinderschoenen en ik verwacht vooral veel van doelgerichte ontwikkeling van roestvaste nitreer- en nitrocarboneerstalen. Voorlopig zijn we nog wel even bezig met dit onderwerp, zolang ik daarvoor de financiering kan vinden natuurlijk. Daarnaast werken we aan tal van andere projecten die niets met warmtebehandeling te maken hebben.

In de publiciteit trekt Seco Warwick veel aandacht; wat is hun bijdrage aan Expanite?

Seco Warwick bouwt onze ovens. We hebben in principe drie processen: een lage-temperatuurproces (low T), een hoge-temperatuurproces (high T) en een combinatieproces dat we Superexpanite noemen en in feite high T, gevolgd door low T is. Low T wordt toegepast om een hoge oppervlaktehardheid te realiseren; high T wordt gebruikt om harding tot op grote diepte te verkrijgen en Superexpanite geeft een harde laag op een ondergrond met een hoog dragend vermogen. Dit betekent dat Seco Warwick twee type ovens levert één voor hoge en één voor lage temperatuur; de software voor het low T proces is in Expanite’s handen en de details daarvan heeft Seco Warwick geen weet van.

U heeft tal van octrooien op uw naam en meer dan 200 publicaties verzorgd. Hoe belangrijk is publiceren?

Het huidige systeem van beoordeling van wetenschap is in hoge mate gebaseerd op de wetenschappelijke output, gemeten in publicaties en hoe vaak die geciteerd worden. In het begin van mijn carrière heb ik daar nooit zo veel aandacht aan besteed, maar het is tegenwoordig belangrijk aan deze rat-race mee te doen, want de geldgevers tellen de publicaties en citaties alvorens ze in de beurs tasten. Je bent dan gedwongen daaraan mee te doen. Ik moet toegeven dat ik graag schrijf, dus dat helpt, maar het is vaak moeilijk om daar genoeg samenhangende tijd voor te vinden en het moet vaak tussen de bedrijven door plaatsvinden.

In uw octrooien beschrijft u vrij gedetailleerd de werkwijzen; het is ook één van de eisen van octrooien om de werkwijze zodanig te beschrijven dat specialisten op het desbetreffende terrein het kunnen imiteren. Bent u niet bang dat het proces illegaal wordt toegepast?

Er is een verschil tussen een octrooi en een recept. Alles wat we in onze octrooien beschrijven kan geïmiteerd worden door anderen, want alles werkt. Maar, dat betekent niet automatisch dat wat we in Expanite doen precies beschreven is in de gepubliceerde octrooien. Natuurlijk moet je nooit het achterste van je tong laten zien, dat zou dom zijn, maar je moet beschermen wat je beschermen kan. Dat betekent ook dat je moet kunnen bewijzen dat iemand jouw octrooi heeft geschonden. Er is een levensgroot verschil tussen het schrijven en aanvaard krijgen van een octrooi en het schrijven en gepubliceerd krijgen van een artikel. Een wetenschapper realiseert zich pas hoe moeilijk het is een octrooi te schrijven als hij/zij dat daadwerkelijk probeert. Hierbij vergeleken is het schrijven van een artikel een peuleschil.

U vertelde eerder in ons gesprek over uw ervaring met licensies. Houdt dit in dat u, ondanks de financiële prikkel, minder geneigd bent tot samenwerking.

Tja, het zijn niet louter vrienden die je maakt als je je op de markt beweegt. Nu ik zelf mede een bedrijf gesticht heb en daar mijn kennis in heb geïnvesteerd, ben ik misschien niet langer een interessante samenwerkingspartner voor andere harderijen, maar een irritante concurrent. Er is geen samenwerking meer met andere loonharderijen dan Expanite, maar als universiteits professor sta ik in principe open voor samenwerking met eenieder, vooropgesteld dat ik geen concurrentieclausules overtreed. Aan de andere kant heb ik onderzoekssamenwerking met veel andere bedrijven, hieronder grote multinationals. Dit onderzoek behelst zowel warmtebehandeling alsook legeringsontwikkeling.

U bent een gekozen lid van de Deense Academie voor Technische Wetenschappen en een paar jaar voorzitter geweest van de Deense onderzoeksraad voor Technologie en Productiewetenschappen. Daarnaast heeft u niet in het minst diverse internationale prijzen ontvangen voor onderzoek, onderwijs en innovatie. Je zou kunnen concluderen dat u succesvol bent. Zijn er nog uitdagende doelen, die u nastreeft?

Ik heb nooit doelgericht gewerkt naar het verwerven van prijzen, erkenning of prestigieuze posten. Wat dat betreft sta ik met beide benen op de grond, al is het dan niet de Zeeuwse klei. Het enige doel dat ik nastreef is mijn werk zo goed mogelijk te doen samen met het team van mensen om mij heen, en daar plezier aan te beleven. Graag met een minimum aan administratie, maar dat is een utopie. Ik hoop daarbij een technisch wetenschappelijke inspiratiebron te kunnen blijven en mijn kennis door te kunnen geven aan nieuwe generaties ingenieurs en onderzoekers. In een klein land als Denemarken met een inwonertal dat een derde deel van de bevolking in Nederland beslaat, is het gemakkelijk te overzien waar de mede door mij opgeleide mensen terechtkomen en daarmee op zekere schaal contact te blijven houden. Dat geeft voldoening.

Wat is uw toekomstvisie ten aanzien van de materiaaltechnologie. U bent pas 54?

Ik verwacht dat de materiaaltechnologie een renaissance zal doormaken. De nano-golf is aan het uitebben en het besef is aan het terugkeren dat innovatie en nieuwe producten in hoge mate afhangen van de ontwikkeling van nieuwe materialen. Niet voor niets wordt de historische ontwikkeling ingedeeld in Steentijd, Bronstijd en IJzertijd. Het succes en de welvaart van een samenleving zijn afhankelijk van de materialen die zij tot haar beschikking heeft. In dit verband kunnen op internationale schaal het Materials Genome Initiative in de VS en Key Enabling Technologies in EU’s Horizon 2020 genoemd worden als motoren om de materiaaltechnologie weer op het goede spoor te krijgen.

Keert U ooit terug naar Nederland om uw kennis te doceren?

Een enkele keer om een lezing te geven, maar ik heb geen plannen of een nadrukkelijke drijfveer om me in Nederland te vestigen. Per slot van rekening heb ik al bijna een derde deel van mijn leven in Denemarken gewoond. Ik heb het prima daar waar ik ben en voel me een gewaardeerd en gerespecteerd lid van de Deense samenleving. Ik stel de niet zo hiërarchische samenleving op prijs; alleen de leden van het koningshuis worden hier met “U” aangesproken.

Wat typisch Nederlands mist U in Denemarken?

Het eerste wat bij me opkomt, is overjarige Nederlandse kaas. Als ik sporadisch in Nederland ben of er komen gasten uit Nederland op bezoek bij mij thuis, dan vraag ik ze altijd om een paar kilo goede Nederlandse kaas mee te nemen; mijn vrouw en ik houden daar erg van. Iets anders wat ik wel eens mis is een goede markt, met verse producten van heinde en verre, en betaalbare bloemen. Ja, en natuurlijk een glaasje koel bier op de Beestenmarkt in Delft op een warme voorjaarsdag met een club oude studiegenoten.

Heeft u, gezien de algemene besparingsdrift (noodzaak) van de Nederlandse overheid, nog een aanbeveling voor uw Nederlandse collega’s?

Nood breekt wetten.

Zijn wij iets vergeten te vragen wat u kwijt wilt?
Anders danken wij u zeer voor dit gesprek.

Ik hoef niet zo veel kwijt; ik ben meer een luisteraar dan een prater.
En het genoegen is geheel aan mijn kant.

Voor meer informatie:
www.expanite.com