Besserer Schutz für Werkstoffe und Komponenten vor aggressiven Medien

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Werkzeuge und Komponente, die im Fertigungsprozess selbst oder zum Zweck der Reinigung mit aggressiven Stoffen in Berührung kommen, sind besonders verschleißgefährdet. Der Oberflächenschutz spielt dabei eine extrem wichtige Rolle – und genau hier ist noch großes Potential vorhanden.  

[Düren, Februar 2016] Wo Werkzeuge und Komponenten von Anlagen Tag für Tag mit aggressiven Medien in Berührung kommen, geht es schnell rau zu. Die Medien greifen die Oberflächen zusätzlich zu den mechanischen Belastungen an und machen sie besonders anfällig für Verschleiß oder Verunreinigungen. Um das zu verhindern, werden diese Komponenten bisher mit Antihaft-Beschichtungen aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder Teflon beschichtet. Die Antihaft-Eigenschaften von PTFE und Teflon sind gut, allerdings ist die mechanische und thermische Stabilität hier eher gering. Das führt zu vermehrter Reibung und einem frühzeitigen Verschleiß. Kürzere Einsatzzyklen und damit unproduktive Nebenzeiten sind die Ergebnisse, aber auch die Gefahr der Kontaminierung der verarbeiteten Stoffe oder Produkte bei höherer Verarbeitungs- und Prozesstemperatur durch Zersetzungsprodukte aus der Beschichtung. Bei PTFE-Schichten sind diese als toxisch einzustufen.

In Düren wollte sich ein Beschichtungsunternehmen damit nicht zufrieden geben und hat Excellence-Schichten entwickelt, die über sehr viel bessere Eigenschaften für den Einsatz in der Chemie-, Pharma-, Lebensmittelindustrie oder Verpackungsindustrie verfügen. Sie bieten weit bessere Antihaft-, Anti-Fouling und „easy-to-clean“-Eigenschaften als PTFE oder Teflon. Verschleiß, Reibung und Anhaftungen werden deutlich reduziert, was sich letztlich nicht nur positiv auf die Fertigungsprozesse und Performance auswirkt, sondern zusätzliche Sicherheit für die Produktqualität bietet.

Was macht Werkstoffe widerstandsfähiger?

Ist der Werkstoff mit den an ihn definierten Anforderungen bezüglich der Material-Parameter (Festigkeit, Steifigkeit) überfordert, so muss beschichtet werden. Der „Verbundkörper“ aus Grundwerkstoff und Beschichtung trotzt dann der Belastung.

Dr. Georg Erkens von Surcoatec ist Experte der Plasma-Oberflächentechnik. Er kennt sich im allgemeinen Maschinenbau und der Werkstofftechnik gleichermaßen gut aus und arbeitet mit seinem Team neben der Entwicklung von neuen Hochleistungsschichten stetig an der Optimierung von Werkzeug- und Komponentenoberflächen.

Dr. Erkens weist darauf hin, dass die Beschichtung alleine nicht immer die Lösung bringt: „Eine gezielte Oberflächenstrukturierung und -modifizierung der Werkstückoberfläche ist notwendige Bedingung für die Optimierung des Reib- und Verschleißverhaltens. Die Voraussetzungen hierfür sind glatte Oberflächen, idealerweise mit Rauhigkeitswerten von Ra < 0,1 µm. Wenn dann die Oberflächen mit den Excellence-Schichten DC99® und STech® beschichtet sind, funktionieren die so hergestellten Verbundkomponenten optimal in der Anwendung. Durch die amorphe, glasartige und dichte Struktur der DC99®- und STech®-Schichten werden die Anforderungen hinsichtlich Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie geringerer Reibung und Antihaft-Eigenschaften dann in exzellenter Weise erfüllt.“

Derart präpariert können Werkzeuge und Komponenten den „rauen“ Umgebungsbedingungen trotzen – mit positiver Auswirkung auf Standzeit und Einsatzzyklen.

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Technische Informationen

Vorteile der Excellence-Schichten DC99® und STech® gegenüber PTFE:

  • Hervorragende Antifouling- und Antihafteigenschaften über den gesamten Einsatzzeitraum
  • „easy-to-clean“-Eigenschaften
  • Verlängerte Einsatzzyklen
  • Geringere Reibung und gute Abriebfestigkeit
  • Hohe Einsatztemperaturen bis 500 °C
  • FDA-Zertifizierung
  • Biokompatibilität

DC99®- und STech®-Schichten sind im Bereich der Verfahrenstechnik auch überall dort erste Wahl, wo Kaltverschweißen von Edelstahlkomponenten im Reibkontakt (stick-slip-Effekte) oder Fressen von Aluminiumbauteilen vermieden werden soll. Sie dienen auch als separierende Barriere zwischen Fördergut und Grundmaterial.

Außen wie innen richtig beschichtet

Ein weiteres Anwendungsfeld sind Innenbeschichtungen von beidseitig offenen Zylindern, wie zum Beispiel Flanschen, Ventilen, Drosseln oder Führungsbuchsen. Auch hier ist eine Oberflächengüte des Bauteils von Ra < 0,1 µm (ideal 0,05 µm) wesentlich für die Funktion der Schicht. Aspektverhältnisse, d. h. Durchmesser zur Länge, von 1:5 bei Durchmessern ≥ 15 mm werden mit gleichmäßiger Schichtdickenverteilung beschichtet. Im Einzelfall, bei größeren Durchmessern und je nach Anwendung, sind Aspektverhältnisse bis 1:10 möglich.

Beschichtungstemperatur ab 80 °C

Ein weiterer Vorteil ist die Schichtabscheidung bereits bei Temperaturen ab 80 °C. Somit können Bauteile aus temperatursensiblen Metallen, Kunststoffen und CFK beschichtet werden. Gerade Maschinenkomponenten aus Aluminium haben beispielsweise einen komplexen Wärmebehandlungszyklus durchlaufen, um eine definierte Oberflächenhärte auszubilden. Die niedrigen Beschichtungstemperaturen von grundsätzlich < 150 °C verhindern Härteverlust und damit den Verlust der mechanischen Eigenschaften während der Behandlung.

 

Technische Informationen:
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Plasmaprozesstechnik zur InnenbeschichtungPlasmaprozesstechnik zur Innenbeschichtung Plasmaprozesstechnik zur Innenbeschichtung

Bilder: Plasmaprozesstechnik zur Innenbeschichtung
(Surcoatec Deutschland GmbH)