Verfeinerte Oberflächenbehandlungstechnologie bewirkt neue Anwendungen für Metalle
Die Oberflächenbehandlung verbessert die Haltbarkeit und Funktionalität von Werkstoffen, die in verschiedenen Industriezweigen verwendet werden, erheblich. Die plasmaelektrolytische Oxidation(öffnet in neuem Fenster) hat sich als Spitzentechnologie auf diesem Gebiet etabliert. Durch den Einsatz hochenergetischer Plasmaentladungen verbessert die plasmaelektrolytische Oxidation nicht nur die Korrosions- und Verschleißbeständigkeit von Metalloberflächen, sondern gestattet auch die Integration zusätzlicher Funktionalitäten wie photokatalytische und magnetische Eigenschaften. Im Rahmen des über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts FUNCOAT(öffnet in neuem Fenster) lag der Schwerpunkt auf innovativen Wegen zur Verbesserung der PEO-Technologie durch Partikelzusatz. Das Hauptziel bestand darin, neue PEO-Oberflächenbehandlungen zu entwerfen, zu entwickeln und zu optimieren, um Beschichtungen mit mehreren Funktionen zu schaffen. Diese verbesserten Beschichtungen sollten wichtige Aufgaben wie den Schutz von Werkstoffen vor Korrosion, die Verhinderung von Verschmutzung und antimikrobielle Eigenschaften erfüllen. Durch die Zugabe von speziellen Partikeln (einschließlich Nanocontainern) und chemischen Verbindungen in den PEO-Behandlungsprozess versuchten die Forschenden, diese Beschichtungen effektiver zu gestalten.
Herausforderungen der Porosität in Chancen verwandeln
Ein einzigartiger Aspekt des Projekts FUNCOAT war die Lösung des Problems der Porosität in PEO-Beschichtungen. „Bei Porosität – winzigen Löchern in der Oberfläche – handelt es sich um einen natürlichen Nebeneffekt des PEO-Prozesses, der durch die Entladungen, die die Beschichtung bilden, verursacht wird. Diese Poren beeinträchtigen zwar häufig die Korrosionsbeständigkeit, sind aber ein unvermeidliches Nebenprodukt des Prozesses, da die Entladungen für die Herstellung der Beschichtung unerlässlich sind“, erklärt Projektkoordinatorin Maria Serdechnova. „Wir haben untersucht, wie wir diese Porosität zu unserem Vorteil nutzen und gleichzeitig die gewünschte Leistung der Beschichtung beibehalten können.“
Neue, unerwartete Funktionalitäten erschließen
„Wir haben versucht, die Oberflächenbehandlung durch die Entwicklung verbesserter Beschichtungen voranzubringen, die wichtige Vorteile für Branchen wie Verkehr, Elektronik und Umweltschutz bieten. Für den Verkehrssektor lag der Schwerpunkt auf einer verbesserten Fehlertoleranz, einem aktiven Korrosionsschutz und Verschleißfestigkeit (tribologisches Verhalten)“, kommentiert Serdechnova. Die Forschenden prüften außerdem neue Funktionalitäten wie photokatalytische Eigenschaften, Magnetismus und thermische oder elektrische Leitfähigkeit, um die Anwendungsmöglichkeiten der plasmaelektrolytischen Oxidationsbehandlung zu erweitern. Dazu bettete das Projektteam funktionelle Partikel und Spezies in einem einzigen Schritt direkt in die PEO-Beschichtung ein und umging so die Notwendigkeit von Nachbehandlungen. Diese Methode bedeutete eine deutliche Abweichung von der üblichen Praxis, stellte aber auch eine erhebliche Herausforderung dar. Viele funktionelle Werkstoffe, wie z. B. mit organischen Korrosionsinhibitoren beladene geschichtete Doppelhydroxyde, reagierten sehr empfindlich auf die Hitze und die intensiven Plasmaentladungen während des PEO-Prozesses. Dies führte zu deren Zersetzung und verhinderte, dass ihre ursprünglichen Funktionen in den Beschichtungen wirksam werden konnten. „Überraschenderweise hatte die Zersetzung dieser Partikel auch positive Auswirkungen. Wenn zum Beispiel Partikel der geschichteten Doppelhydroxyde eingeführt wurden, führte ihr Zerfall zu einer schaumigen Keramikstruktur auf der Beschichtung, die ihre photokatalytischen Eigenschaften erheblich verbesserte“, erläutert Serdechnova. „Dieses Ergebnis war zwar für den Korrosionsschutz weniger wirksam, eröffnete aber neue Möglichkeiten für Anwendungen in Bereichen wie der Umweltreinigung.“ Die Forschenden nahmen spezifische Anpassungen am PEO-Prozessdesign und an der Kontrolle des Energieeintrags vor, um die Herausforderungen zu bewältigen, die empfindliche Partikel und Verbindungen mit sich bringen. Sie schlugen zudem neue Designs wie Siliziumschalen, Nanocontainer für geschichtete Doppelhydroxyde, magnetische Werkstoffe und photoaktive Verbindungen vor, um die entwickelten Beschichtungen zu funktionalisieren. Diese Innovationen haben die Grenzen der PEO-Technologie verschoben und den Weg für Beschichtungen mit multifunktionalen Eigenschaften geebnet, die auf die unterschiedlichen Bedürfnisse der Industrie zugeschnitten sind.
Schlüsselbegriffe
FUNCOAT, multifunktionale Beschichtungen, Korrosion, Oberflächenbehandlung, Porosität, plasmaelektrolytische Oxidation, photokatalytische Eigenschaften, Verschleißfestigkeit
