ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH – Oberflächenbehandlung durch Plasmaoxidation
CERANOD®-Plasmakeramik ist eine Technologie zur Oberflächenbehandlung von Leichtmetalllegierungen und wird bevorzugt für Aluminium- und Magnesiumlegierungen eingesetzt. Das Verfahren verbessert die Haltbarkeit von Bauteilen erheblich, da die Keramikoberfläche extrem widerstandsfähig gegenüber Korrosion und Verschleiß ist. Selbst Nachbehandlungen sind oft reduzierbar, sodass ein signifikantes Kostensenkungspotenzial besteht.
Hohen Beanspruchungen hält die flexible und nachgiebige Schicht stand, ohne dabei Spannungen ausgesetzt zu sein, die konventionelle Keramik versagen lassen würde. Diese günstige Eigenschaft ist unter anderem auf den Entstehungsprozess der Schicht zurückzuführen: Sie entsteht im Elektrolyten durch anodische Oxidation des Aluminiumgrundwerkstoffs, wobei die Werkstoffoberfläche in einer Plasmaentladung zu einer dichten, atomar haftenden Keramikschicht umgewandelt wird und dadurch keine Maßänderungen am Werkstück auftreten. Bei der Anodisation nach der herkömmlichen Art wird Aluminium direkt an der Grenzfläche zwischen dem Grundwerkstoff und dem Elektrolyten durch die elektrochemische Reaktion in Aluminiumoxid umgewandelt. Diese Schicht weist eine sehr gute Haftfestigkeit und eine hohe Härte auf, ist allerdings - je nach Herstellungsart und Zusammensetzung der Aluminiumlegierung - mehr oder weniger porös. Im Bereich der Poren wird durch eine nachgelagerte chemische Reaktion eine Mischung aus Oxid und Hydroxid gebildet, das zu einer geringeren Härte und Verschleißbeständigkeit des Gesamtoxids führt. Durch die Technologie des Plasmaoxidierens wird eine Modifikation an Oxid erzeugt, das weitaus bessere Eigenschaften in Bezug auf Verschleiß und Härte besitzt.
Das Verfahren der ELB Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH bietet auf Aluminium bis zu hundertfach höheren Verschleißschutz als hartanodisierte Oberflächen. Darüber hinaus kann es auf einer breiteren Palette von Legierungen appliziert werden. Je nach Grundwerkstoff bietet die Oberfläche bis zu vierfach höhere Härte als Hartanodisierungen.
Die Keramisierung bildet eine homogene Schicht mit definierbarer Schichtstärke, wobei sich die typische Dicke speziell harter Keramikschichten im Bereich von 10 µm bis 200 µm bewegt. Die Einsatzmöglichkeiten lassen sich durch Imprägnierung für verschiedene Applikation gezielt weiter optimieren. Es stehen hier Materialien wie PTFE oder andere Hochleistungspolymere zur Auswahl, um die Vorteile der einzelnen Systeme zu kombinieren.
ELB nutzt ausschließlich Materialien, die weder giftig sind noch die Umwelt belasten. Die Prozesse emittieren keine schädlichen Stoffe und sind chromfrei, sodass CERANOD®-Keramik ohne Einschränkungen als umweltfreundlich bezeichnet werden kann.
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Mikrovernetzte CERANOD®-Nanostruktur-Oberflächen (AFM- (links) und REM-Aufnahme) befinden sich unter den fünf härtesten Materialien der Welt. Diese Hybridoberflächen bieten heute Komponentenschutz in Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Offshoretechnik, Medizintechnik und vielen anderen Zukunftsbranchen
Eine präzise Anpassung des Verfahrens an eine jeweilige Applikation ermöglicht klar definierte physikalische, mechanische und funktionelle Eigenschaften. Der elektrochemische Prozess mit hohem Streuvermögen erreicht, im Gegensatz zu Spritzprozessen, auch innere Oberflächen und Hinterschneidungen auf höchst komplex geformten Bauteilen. Vergleichbar dem konventionellen Anodisieren, werden alle Oberflächenbereiche, die der Elektrolyt benetzt, auch durch das Plasmaoxidieren erreicht.
Die Härte der Keramisierung liegt bei Magnesium im Bereich bis 1000 HV, bei Aluminium bei 1300 HVbis 2500 HV. Die Abriebfestigkeit ist im Vergleich zur Hartanodisierung entscheidend verbessert und die außerordentlich gute Korrosionsbeständigkeit kann in Werten von deutlich über tausend Stunden Salzsprühtest angegeben werden. Aluminium mit einer versiegelten CERANOD®-Oberfläche widersteht mehr als 2000 Stunden im Salzsprühtest ohne signifikante Korrosionsspuren. Selbst die unversiegelte Schicht hält auf einigen Legierungen mehr als 500 Stunden.
Gegenüber anderen Prozessen, bei denen keramische Schichten aufgetragen werden und nur mechanisch haften, besitzt die Schicht aus dem CERANOD®-Verfahren den Vorteil, dass Atombindungen zum Substrat entstehen, welche die stabilsten Bindungsformen überhaupt darstellen. Deshalb und aufgrund ihrer Mikroporosität eignet sich Plasmakeramik auch als idealer Haftgrund für eine Reihe von Deckbeschichtungen, wie zum Beispiel Imprägnierungen mit PTFE und anderen Gleitmitteln, Versiegelungen zur Erhöhung der Korrosionsresistenz, Adhäsionsklebeverbindungen und eine große Bandbreite industrieller Lackierungen, wie Pulverlack- oder Elektrotauchlackbehandlungen.
Die Hauptanwendungsbereiche für Keramikschichten von ELB sind: Luft- und Raumfahrttechnik, Offshoretechnik, Halbleiterproduktion, Medizintechnik und Pharmaindustrie, Druck- und Verpackungstechnik, Robotik und Automation, Faser- und Textilproduktion, Automotive-Bereiche, Öl, Gas und Chemie, Architektur und Gebäudetechnik, sowie der Maschinen- und Sondermaschinenbau.
Je nach Auftraggeber sollen die in korrosiv wirkender Umgebung einzusetzenden Produktoberflächen beispielsweise korrosionsbeständiger als versiegelte Anodisierschichten sein, in Reinräumen keinerlei Partikel emittieren, als Isolator eine bessere elektrische Isolierung als konventionelle Polymerisolatoren aufweisen oder sich gegenüber metallischen Reibpartnern durch sehr niedrige Trockenreibwerte auszeichnen, die sie auch in inerten Atmosphären oder unter Vakuum beibehalten.
Für Thermoschockbeständigkeit wesentliche Eigenschaften wie Dichte, Wärmeausdehnungskoeffizient, E-Modul, Temperaturleitfähigkeit, Risszähigkeit und Brucharbeit wurden bei ELB bereits in verschiedensten Keramikoberflächensystemen entwickelt. Dies bedeutet, dass der gesamte Aluminiumkörper einen kurzzeitigen Temperaturschock ohne Beeinträchtigung der Plasmakeramikschicht überstehen kann. Feuerfeste Bauteile aus Leichtmetallen mit verringerten Wandstärken können Temperaturen bis 2000 °C standhalten, ohne dass eine Veränderung der Schicht auftritt.
Text zum Titelbild: Bei Hochtönern für Lautsprecher mit beidseitig von einer Keramikschicht umgebener Magnesiummembran sorgt dies für die wichtigen Eigenschaften hoher Steifigkeit und hohem Dämpfungsfaktor bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht. Solche Systeme sind dadurch in der Lage, selbst feinste Nuancen ohne Andeutung von Härte oder Schärfe zu übertragen und durch erstklassige Raumabbildung in der musikalischen Darbietung zu überzeugen. Insbesondere in der automobilen Oberklasse führt dies dank ELB-Technologie Car-HiFi zu neuem Hörgenuss
ELB setzt als Entwicklungspartner im Bereich Medizintechnik auf neuartige Lösungsansätze funktionaler Produktoberflächen mit optimierten biokompatiblen Eigenschaften – mit dem Ziel der Nachhaltigkeit. Physiologische Unbedenklichkeit, wie sie beispielsweise eine FDA-Konformität fordert, gewährleisten bei CERANOD®-Oberflächen entsprechende Zulassungen der Schichtkomponenten.
Innovative Anwendungsfelder in den Hochtechnologiebranchen definieren ständig neue Anforderungen an Bauteil- und Produktoberflächen. Extrem glatte oder raue beziehungsweise haftfähige Oberflächen, hydrophobe oder hydrophile, bakterizide oder biokompatible, möglichst starre oder möglichst flexible Oberflächen. Der Aufgabenkatalog für Oberflächen nach Maß ist nahezu endlos. Die ELB Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH entwickelt hierfür ständig neue Hybridoberflächen in ihrem CERANOD®-Portfolio und wurde bereits mehrfach als besonders innovatives Mittelstandsunternehmen ausgezeichnet.
ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg
Helmut Zerrer GmbH, Neckartalstraße 33,
D-71642 Ludwigsburg
