Wie funktionale Oberflächen die Ressourceneffizienz verbessern

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Die Partner des Projektes Nanoefficiency sind:

Bartels Mikrotechnik GmbH, Dortmund

CUT Membrane Technology GmbH & Co. KG, Düsseldorf

Evers e. K., Hopsten

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht), Oberhausen

Nano-X GmbH, Saarbrücken

Sachtleben Chemie GmbH, Duisburg (assoziierter Partner)

Duplex-Plasmatechik verstärkt Aluminium

Funktionale Beschichtungen sorgen aber nicht nur für hygienische Oberflächen, sie können auch stabilisierend wirken. Aluminium zum Beispiel ist nach der Bearbeitung mit einer innovativen Duplex-Plasmatechnik viel belastbarer. Bisher wird es im Fahrzeugbau wenig verwendet, obwohl es maßgeblich zu einer Gewichtsreduktion von Pkw beitragen kann: Mit Komponenten aus Aluminium wie Leichtbau-Kolbensystemen in Verbrennungsmotoren lässt sich das Gewicht eines Fahrzeugs um bis zu 20 % verringern – dementsprechend sinkt sein Treibstoffverbrauch.

Der Nachteil von Aluminium ist, dass es sich bei hoher mechanischer und thermischer Belastung plastisch verformt und für verschleiß- und reibungsminimierende Beschichtungen wie Diamond-like Carbon (DLC) eine unzureichende Stützfunktion aufweist. Daher blieb der Einsatz des Leichtmetalls im Fahrzeugbau bisher auf Anwendungsfälle mit lokal geringen mechanischen Belastungen beschränkt.

Beschichtung der Bauteile erfolgt mit Hochfrequenz-(HF-)Plasmen

Dies könnte sich schon bald ändern, denn das Projekt OD-Pat hat im Rahmen der Effizienzfabrik eine Duplex-Plasmatechnik entwickelt, mit deren Hilfe sich Festigkeit und Lebensdauer der beschichteten Komponenten maßgeblich erhöhen. Zur Beschichtung der Bauteile wurden Hochfrequenz-(HF-)Plasmen verwendet. Dem Wärmebehandlungsschritt wurde ein innovativer Kugelstrahlprozess vorgeschaltet, der die Verfestigung und Tragfähigkeitssteigerung der ursprünglich vorgesehenen Stickstoff-Diffusionszone übernehmen konnte.

Bei der direkten Abscheidung von DLC auf einer unbehandelten Aluminiumprobe kann es aufgrund der Aluminiumoxidhaut zum Delaminieren der DLC-Schicht kommen. Daher wurde die natürliche Aluminiumoxidschicht mittels Plasmaätzen von den Bauteilen entfernt, danach wurden die Bauteile ohne Prozessunterbrechung beschichtet.

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