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Plasmaoberflächenbehandlung

Mobile Plasmaquelle jetzt industriereif

| Autor: Stéphane Itasse

Die Oberflächenmodifizierung mittels Plasma ist mittlerweile etabliert. Haupteinsatzgebiete der Plasmabehandlung bei Atmosphärendruck sind die Plasmafeinreinigung und die Plasmaaktivierung zur Verbesserung der Adhäsion von Oberflächen. Das Fraunhofer-IWS hat eine Plasmaquelle entwickelt, die im Labormaßstab diese Einsatzgebiete bedient und für Tests in der Industrie geeignet ist.

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Bild 1: Das Plasmastrahlen ist zur Feinreinigung und zur Oberflächenaktivierung etabliert. Um dieses Verfahren vor Ort zu testen, hat das Fraunhofer-IWS jetzt eine mobile Strahlquelle entwickelt.
Bild 1: Das Plasmastrahlen ist zur Feinreinigung und zur Oberflächenaktivierung etabliert. Um dieses Verfahren vor Ort zu testen, hat das Fraunhofer-IWS jetzt eine mobile Strahlquelle entwickelt.
(Bild: Fraunhofer-IWS)

Mit der sogenannten Large-Plasmaquelle konnten bereits erfolgreich die Plasmafeinreinigung von Aluminiumbändern, der Abtrag von Trennmitteln auf CFK-Oberflächen [1] und die Abscheidung von SiO2-Haftvermittlerschichten zur Verbesserung der Adhäsion von Titanlegierungen für strukturelle Klebverbindungen [2] demonstriert werden. Der nächste Schritt für eine Überführung der Technologie in die Industrie ist, diese beim Anwender vor Ort unter den spezifischen Gegebenheiten zu testen.

Plasmaquelle mit 350 mm Arbeitsbreite an mobile Anforderungen angepasst

Bei der Large-Plasmaquelle handelt es sich um eine lineare Lichtbogen-Plasmaquelle mit einer derzeit maximalen Arbeitsbreite von 350 mm. Zwischen axial gegenüberliegenden Elektroden wird in leicht ionisierbarer Atmosphäre ein Lichtbogen bei Atmosphärendruck gezündet (siehe Bild 1). Der Abstand zwischen den Elektroden bestimmt die Arbeitsbreite der Plasmaquelle. Der frei brennende Lichtbogen wird durch gekühlte Kupferwände, die Gasanströmung, die Gasumströmung des Lichtbogens selbst und durch ein permanent entgegenwirkendes Magnetfeld im Gleichgewicht gehalten.

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Um einen Kurzschluss zwischen Anode und Kathode durch das Kupfer zu vermeiden und der Forderung nach einer beliebigen Lichtbogenlänge nachzukommen, ist der Kupferblock durch einzelne, voneinander isolierte Kupferplatten kaskadiert ausgeführt. Damit ist jede gewünschte Lichtbogenlänge, die mit der Arbeitsbreite gleichzusetzen ist, realisierbar [3]. Für den mobilen Large wurde eine 150-mm-Large-Plasmaquelle überarbeitet und den Anforderungen angepasst.

Mobile Anlage ermöglicht bessere Versuche in Inlineprozessen

Die Weiterentwicklung der Large-Plasmaquelle und die Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten erfolgt derzeit an einer Laboranlage, die an die jeweilige Fragestellung angepasst wird. Eine beliebige Anpassung und die exakte Nachstellung von Industrieprozessen sind damit aber nicht möglich. Zum Beispiel ist es nur schwer realisierbar und zudem kostenintensiv, die Eignung der Plasmaquelle für Inlineprozesse, bei denen das Substrat nicht ausgeschleust werden kann, zu demonstrieren. Ebenfalls sind Prozesse, die in inerter Atmosphäre mit der Notwendigkeit der sofortigen Weiterbearbeitung der plasmaaktivierten Oberfläche ablaufen müssen, schwer nachzustellen. Nur unter großem Kosten- und Zeitaufwand sind Beschichtungs- oder Reinigungsprozesse von großen Bauteilen beziehungsweise mit schnellen Prozessgeschwindigkeiten (> 100 m/min) mit labortechnischen Möglichkeiten nachstellbar. Dies gab den Anstoß zum Aufbau des mobilen Large.

Technische Daten der Large-Plasmaquelle
Anregungsprinzip Gleichspannungslichtbogen
Arbeitsbreite 10 mm bis 350 mm
Leistung 15 kW bis 60 kW
Plasmagase Druckluft, N2 sowie Mischungen aus Ar mit O2, CO2, H2, NH3
Abmessungen 115 mm x 280 mm x 290 mm (150-mm-Large)
Gewicht 16 kg (150-mm-Large)
Fraunhofer-IWS

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 Stéphane Itasse

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, MM MaschinenMarkt