Oberflächenbeschichtung Verschleißschutz erreicht neue Dimensionen

Autor / Redakteur: Klaus Jopp / Stéphane Itasse

Verschleiß und Reibung bestimmen Lebensdauer, Belastbarkeit und Einsatzgrenzen von Werkzeugen und Bauteilen. Mithilfe der Oberflächentechnik, die Verfahren zur Verbesserung des Verschleißschutzes entwickelt hat, lassen sich Optimierungen erreichen oder sogar neue Funktionen realisieren.

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Beschichtungsanlage am Fraunhofer-IST: Neue Entwicklungen in der Beschichtungstechnik ermöglichen auch neue Anwendungen.
Beschichtungsanlage am Fraunhofer-IST: Neue Entwicklungen in der Beschichtungstechnik ermöglichen auch neue Anwendungen.
(Bild: Fraunhofer-IST)

„Die umweltfreundlichen Verfahren der industriellen Plasma-Oberflächentechnik haben in den vergangenen 25 Jahren eine enorme Leistungssteigerung für Werkzeuge und Maschinenkomponenten ermöglicht“, sagt Dr. Martin Riester, Referent für Oberflächentechnik im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). So bietet die Axyntec Dünnschichttechnik GmbH diamantähnliche Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon, DLC) unter anderem für die Medizintechnik an. Unter der Bezeichnung Axyprotect Medical hat das Unternehmen Oberflächen entwickelt, die sich dank der Kombination aus hoher Härte, niedrigem Reibwert, chemischer Beständigkeit sowie Biokompatibilität zum Beispiel für Humanimplantate eignen. „In der Gelenkrekonstruktion ist der dauerhafte Erfolg von Prothesen neben der Darstellung anatomisch korrekter und schmerzfreier Bewegungen vor allem von der Biokompatibilität und Stabilität des Ersatzmaterials abhängig“, erläutert Dr. Marcus Kuhn, Geschäftsführer von Axyntec.

Dichte und korrosionsbeständige Verschleißschutzschichten abscheiden

Mit dem patentierten Herstellverfahren Plasmaimpax lassen sich dichte und somit korrosionsbeständige Verschleißschutzschichten mit hervorragender Barrierewirkung gegenüber der Absonderung allergieauslösender Ionen wie Nickel aus dem Grundmaterial abscheiden. Der Plasmaimpax-Prozess ist eine besondere Kombination aus Plasma-Gasphasenabscheidung (CVD) und Ionenimplantation und arbeitet mit hohen Teilchenenergien, die im Maximum 30 keV erreichen können und gepulst auf die Bauteile geschossen werden.

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Verschmutzungen, Verklebungen, Ablagerungen oder auch Biofilme stellen ein großes Problem bei der Verarbeitung von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten dar. Derart belastete Oberflächen müssen neben guten Antihafteigenschaften auch eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen, um die Lebensdauer zu garantieren. Auch hier leisten modifizierte DLC-Schichten gute Dienste. Die am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) entwickelte Siconschicht, eine mit Silizium und Sauerstoff modifizierte DLC-Schicht, ist hierfür besonders geeignet. Solche Siconschichten haben ähnlich gute Antihafteigenschaften wie das allgemein bekanntere Teflon, weisen jedoch eine deutlich höhere Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit auf.

Kombination von Verschleißschutz- und Antihaftschichten gefragt

Ein Anwendungsbeispiel für eine solche Kombination von Verschleißschutz- und Antihaftschichten sind industrielle Messer. In der gewerblichen und besonders in der industriellen Verarbeitung spielt neben der Antihaftthematik die Verschleißfestigkeit der Messer eine große Rolle, da nicht nur Reinigungsprozesse, sondern auch Werkzeugwechsel Produktionsstillstände bedeuten. Beschichtete Messer dieser Art wird das Fraunhofer-IST in Hannover ausstellen.

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Messethema Oberfläche

Auf der Hannover-Messe 2015 vom 13. bis 17. April deckt die Surface Technology als internationale Leitmesse der Oberflächentechnik das ganze Themenspektrum von der Vorbehandlung bis zur Lackier- und Galvanotechnik ab. Neben den Ausstellern und ihren Produkten bietet der Messeveranstalter noch eine Sonderschau, die Beschichtungssysteme entlang der Prozesskette demonstriert, oder einen Praxispark, in dem Besucher neue Produkte direkt im Einsatz erleben können.

Chrom(VI)-Beschichtungen auch beim Verschleißschutz ein Thema

Ein wichtiges Thema bleiben zudem Alternativen für das kritische Chrom(VI), dessen Gebrauch gemäß der europäischen Reach-Verordnung ab September 2017 einer besonderen Zulassung bedarf. Auf der Sonderschau des Zentralverbandes Oberflächentechnik e.V. (ZVO) „Welt der Oberfläche“ werden Alternativen präsentiert. So wird BASF ionische Flüssigkeiten als Ersatz der Chrom-Schwefelsäure-Vorbehandlung auf Kunststoffen vorstellen. „Die ionische Flüssigkeit wird in diesem Bereich erstmals als Basis für eine komplexe Formulierung eingesetzt“, sagt Dr. Uwe Vagt, im Unternehmensbereich Zwischenprodukte der BASF unter anderem für ionische Flüssigkeiten verantwortlich. Diese besonderen Substanzen sind Salze, die bei Raumtemperatur flüssig sind, den Strom leiten und sich auch bei hohen Temperaturen nicht zersetzen.

Eine andere Lösung demonstriert Coventya mit einem System, das auf Kaliumpermanganat basiert. Mit diesem neuen, chromfreien System kann mit Konzentrationen unter 5 g/l gearbeitet werden. Bei der neuen Galvanisierzelle muss nur das Porzellandiaphragma gegen eine Teflonmembran getauscht werden. Derzeit verbessert Coventya noch die Selektivität für Mehrkomponentensubstrate.

Eigener Weg sichert Erstellung von Chrom(VI)-Schichten

Einen anderen Weg beschreitet die AHC Oberflächentechnik GmbH mit einem selektiven Hartchromverfahren, mit dem Oberflächenbereiche gezielt hartverchromt werden können. Die Bauteile, die beschichtet werden sollen, werden in Werkzeuge eingelegt, die den Beschichtungselektrolyten nur an die dafür bestimmten Stellen gelangen lassen. Alle anderen Bauteilbereiche bleiben unbeschichtet. „Das selektive Beschichtungsverfahren mit der Bezeichnung Selga-Coat Chrom ist wesentlich effizienter und umweltfreundlicher als herkömmliche Hartchromverfahren“, sagt Jürgen Diesing, Leiter Marketing bei AHC Oberflächentechnik. Die Beschichtung erfolgt in einer gekapselten Anlage, weder Bediener noch Umwelt kommen mit sechswertigem Chrom in Verbindung. Zudem wird die Anlage abwasserfrei und mit fast vollständiger Rückführung der eingesetzten Chemikalien betrieben. Deshalb muss nur ein Minimum von ihnen entsorgt werden. Gemäß EU-Chemikalienverordnung Reach darf sechswertiges Chrom in den meisten Fällen ab 2017 nicht mehr ohne spezielle Autorisierung eingesetzt werden, Selga-Coat Chrom bietet hier eine Ausnahme.

* Klaus Jopp arbeitet für das Pressebüro Wiwitech in 22337 Hamburg. Weitere Informationen: Deutsche Messe AG, 30521 Hannover

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