PEP unmasked Plasmaelektrolytisches Polieren geht strahlbasiert einfacher

Redakteur: Peter Königsreuther

Ein internationales Forscher-Team unter der Leitung von Experten der TU Chemnitz zeigen hier, wie man Metallbauteile effizienter polieren kann.

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Forscher haben das Polieren von Metalloberflächen mit Plasma weiterentwickelt. Der neuartige Jet-PEP-Prozess (plasmaelektrolytisches Polieren) macht die Maskierung gewisser Bauteilsektionen, wie sie beim normalen PEP nötig ist, überflüssig. Hier sieht man den Bearbeitungskopf, wie er eine plane Oberfläche poliert.
Forscher haben das Polieren von Metalloberflächen mit Plasma weiterentwickelt. Der neuartige Jet-PEP-Prozess (plasmaelektrolytisches Polieren) macht die Maskierung gewisser Bauteilsektionen, wie sie beim normalen PEP nötig ist, überflüssig. Hier sieht man den Bearbeitungskopf, wie er eine plane Oberfläche poliert.
(Bild: TU Chemnitz)

Ein internationales Forschungsteam hat ein neuartiges Verfahren zum sogenannten lokalen Polieren entwickelt. Damit könne man verschiedene Metalloberflächen so effektiv und ressourcensparend bearbeiten, wie beim bekannten plasmaelektrolytischen Polieren (PEP) – allerdings ohne den bisherigen Maskieraufwand für die zu polierenden Bereiche. Möglich macht das jetzt der strahlbasierte plasmaelektrolytische Polierprozess (Jet-PEP), der dazu einen fein justierbaren und räumlich begrenzbaren elektrolytischen Freistrahl nutzt. Das Ziel des Projektes war es, das Tauchverfahren auf den Jet-PEP-Polierprozess zu übertragen, um die Abhängigkeit der elektrischen Leistung von der Größe der Bauteiloberfläche zu umgehen und so das lokale Polieren ausgewählter Oberflächenbereiche zu ermöglichen. Dazu wurde eine Laboranlage entwickelt, für die ein lineares, dreiachsiges Kinematiksystem aufgebaut wurde, um die Bewegung der Elektrolytdüse zu ermöglichen.Die Ergebnisse wurden in einem Bericht mit dem Titel „Local surface nanoscale modification by Jet Plasma electrolytic Polishing“ veröffentlicht.

Mithilfe eines geschlossenen elektrolytischen Freistrahls konnte dabei eine laterale Begrenzung des Stromflusses erzielt werden, sodass der polierte Bereich lokal eingrenzbar wird, wie es weiter heißt. Somit könne auf eine Maskierung der angrenzenden Oberflächen verzichtet werden. Die Herausforderung bei der Entwicklung des Polierprozesses war es, wie sooft, die konstanten Prozessbedingungen für ein erfolgreiches Polieren aufrecht zu erhalten. Das hat man aber durch eine automatisierte Temperierung des Elektrolyten und durch die Steuerung des Volumenstroms geschafft. Die Leukhardt Schaltanlagen Systemtechnik GmbH hat dafür eine spezifische Prozessenergiequelle entwickelt.

Die experimentelle Bewertung des Jet-PEP-Prozesses erfolgte anhand von Bauteilen aus der Medizintechnik aus dem Edelstahl AISI 304. Es wurde ein materialspezifischer Elektrolyt durch das Beckmann-Institut für Technologieentwicklung e. V. geschaffen und im Tauchverfahren erprobt. Die Charakterisierung der Oberflächenrauheit und der chemischen Zusammensetzung der polierten Oberflächen erfolgten durch den Projektpartner Technion Research & Development Foundation Ltd.

Mithilfe des neuen Jet-PEP Prozess sei nun erstmalig die lokal begrenzte Politur ausgewählter Oberflächenbereiche mit einstellbarem Polierergebnis möglich, heißt es. Mans spart sich nicht nur das Maskieren, sonder auch zeitraubende Eintauchstrategien, erklärt Prof. Dr. Andreas Schubert von der Professur Mikrofertigungstechnik an der TU Chemnitz, der als Projektleiter fungierte. Anwendungsfelder sind etwa Komponenten für die Medizintechnik und aus dem Werkzeug- und Formenbau. Auch der Schmucksektor dürfte aufmerksam werden.

Für das Polieren von Oberflächen metallischer Bauteile ist das Plasmaelektrolytische Polieren (PEP) besonders geeignet, weil ein umweltfreundlicher Elektrolyt und eine geringe Materialabtragrate eine ressourceneffiziente Bearbeitung mit hoher Formtreue ermöglichen. Beim PEP handelt es sich um ein Tauchverfahren ähnlich dem Elektropolieren, bei dem Werkstücke durch teilweises oder vollständiges Eintauchen in ein Elektrolytbad unter Anlegen hoher Gleichspannungen bis zu mehreren hundert Volt poliert werden. Die Größe der polierbaren Oberfläche hängt von der maximalen elektrischen Leistung der Prozessenergiequelle ab. Zudem ist das Polieren lokal begrenzter Bereiche mit unterschiedlichen Ergebnissen nur durch aufwendige Maskierungen und Eintauchstrategien möglich. Diese Einschränkungen begrenzen die Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens.

Das Projektkonsortium bestand auf deutscher Seite aus Forschenden der Professur Mikrofertigungstechnik und von Leukhardt aus Magdeburg. Auf israelischer Seite war die Technion Research & Development Foundation Ltd. als Forschungseinrichtung und Shimshon Fine Mechanics Ltd. als Industriepartner beteiligt. Ergänzt wurde das Projektkonsortium durch das Beckmann-Institut für Technologieentwicklung e. V. als assoziiertem Projektpartner.

Das Projekt wurde im Rahmen des Programms „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

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