Eine schlechte Korrosionsbeständigkeit und die geringe Härte sind die Nachteile des Leichtbauwerkstoffs Magnesium – doch dank eines innovativen neuen Verfahrens lassen sich Bauteile aus Magnesium und anderen Metallen gezielt gegen Korrosion und Verschleiß schützen: Mittels Laserstrahlen wird der Hochleistungskunststoff PEEK auf der Oberfläche aufgeschmolzen. Der Clou: Durch den Laser lassen sich auch gezielt bestimmte Bereiche des Bauteils, die besonders beansprucht werden, mit einer Schutzschicht versehen. Erste Tests zeigen, dass die applizierte Schicht eine 100-fach längere Lebenszeit des Bauteils bei Verschleiß durch Abrieb ermöglicht. Entwickelt haben das Verfahren Forscher des ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH – und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT.
Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentierte diese Innovation mit ihrem ThinKing im Juni 2018. Mit diesem Label gibt die Leichtbau BW GmbH monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.
Mögliche Anwendungsbereiche für die neue Beschichtungstechnik sind etwa bewegte Teile in Motoren, Getrieben oder Lagern – also überall dort, wo Temperaturbeständigkeit beziehungsweise niedrige Reibung und somit ein geringer Verschleiß gefragt sind. Um ein Bauteil mit der Schutzschicht aus dem Hochleistungskunststoff PEEK (Polyetheretherketon) zu versehen, wird dieser zusammen mit Additiven mittels einer Präzisionsapplikation auf das Bauteil aufgebracht. Anschließend sorgt ein zweistrahliges Lasersystem dafür, dass das PEEK gezielt an der behandelten Stelle aufgeschmolzen wird. Heraus kommt dabei eine extrem dünne Hochleistungspolymeroberfläche, die den Werkstoff gegenüber Korrosion und Abrieb schützt.
Das neue Verfahren bietet dabei nach Aussage von Jörg Zerrer, Geschäftsführer der ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH, gleich mehrere Vorteile: Durch den gezielten Einsatz des Lasers auf einen bestimmten Bereich wird die Wärmebelastung für das Bauteil so gering wie möglich gehalten. Außerdem ist das Verfahren sehr ressourceneffizient, denn durch das gezielte Auftragen geht ihmzufolge kein Material verloren, wie sonst etwa im Sprühnebel, der beim Aufsprühen einer Schutzschicht entsteht. Außerdem werden laut Jörg Zerrer keine umweltschädlichen Lösungsmittel eingesetzt.
Längere Beständigkeit der Schutzschicht
Erste technische Prüfungen zeigen das Potential des neuen Verfahrens: Beim sogenannten Pin-on-Disc-Test werden etwa das Reibverhalten und der Verschleiß untersucht. Dazu wird beispielsweise unter Last eine Stahlkugel auf eine rotierende Platte aufgebracht, die mit der Schutzschicht versehen ist. Hierbei wird untersucht, ab wie vielen Metern Laufleistung sich ein Verschleiß der Schicht erkennen lässt. Im Vergleich zum am Markt bestehenden Systemen konnten die Reibung und der Verschleiß nach Auskunft von Jörg Zerrer so stark verringert werden, dass die neue Beschichtung eine 100 Mal längere Lebenszeit erreicht. Die geringere Reibung sorgt beispielsweise bei bewegten Bauteilen in Motorenkomponenten oder Lagern für eine höhere Energieeffizienz im Betrieb. Somit seien beispielsweise quasi wartungsfreie Antriebe möglich, so Zerrer weiter. Durch das neue Verfahren eröffnen sich laut Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der Leichtbau BW GmbH, für Leichtbauwerkstoffe wie Magnesium oder Aluminium neue Anwendungsbereiche.
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Mittels eines zweistrahligen Laserssystems kann der Hochleistungskunststoff PEEK gezielt auf einem Bereich des Bauteils aufgeschmolzen werden; durch den gezielten Einsatz des Lasers wird zudem die Wärmebelastung für das Bauteil so gering wie nötig gehalten(Quelle: ELB)
