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DER KONSTRUKTEUR 6/2015

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

WERKSTOFFTECHNIK Ein

WERKSTOFFTECHNIK Ein Blick in die Zukunft der Oberflächentechnologie Die Schichten werden effizienter und intelligenter Neue Verfahren erlauben heute die Herstellung von Schichten in einer noch nie gekannten Vielfalt und Leistungsstärke. Künftig werden Beschichtungen auch über sensorische und reagierende Fähigkeiten verfügen oder sich selbst heilen können. Bei einer Veranstaltung des Beschichtungsspezialisten Oerlikon Balzers anlässlich der Übernahme der Beschichtungssparte Metco von Sulzer wurde in die Zukunft der Oberflächentechnologie geblickt. Aachen, die wichtigsten Entwicklungen der letzten Jahrzehnte zusammen. Schichtstrukturen mit fast beliebigen Eigenschaften Heute herrscht wieder Aufbruchstimmung in der Forschergemeinde: „Neue PVD- Beschichtungsverfahren ermöglichen es zunehmend, die thermodynamischen Gesetze der Chemie weitgehend außer Kraft zu setzen und nahezu beliebige Elemente Es werden künftig noch viel mehr und vor allem auch leistungsstärkere Schichtsysteme realisierbar sein Die grundlegende Idee der Oberflächentechnik ist es die Eigenschaften des Volumens und der Oberfläche eines Objekts getrennt voneinander zu optimieren. Moderne Beschichtungsverfahren wie etwa die chemische Dampfabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition) oder die physikalische Dampfabscheidung (PVD, Physical Vapor Deposition) und ihre Umsetzung in die industrielle Serienreife haben hier enorme Fortschritte gebracht. „Durch die industrielle Nutzung von Hartstoff-Werkzeugbeschichtungen konnten neue Materialien wie etwa ultraharte Titanlegierungen effizient und wirtschaftlich bearbeitet werden. Kurz vor der Jahrtausendwende erfolgte der Durchbruch der Dünnschichttechnologie für die Beschichtung von Bauteilen und ermöglichte technologische Fortschritte wie etwa emissionsarme Dieselmotoren“, fasst Prof. Dr.-Ing. Kirsten Bobzin, Leiterin des Instituts für Oberflächentechnik (IOT) an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) in zu Schichten zu kombinieren“, erklärt Bobzin. Es werden künftig noch viel mehr und vor allem auch leistungsstärkere Schichtsysteme realisierbar sein. Möglich wird diese Vielfalt u. a. durch gepulste plasmagestützte Beschichtungsverfahren wie HIPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering). Mit kaum einer anderen PVD- Technologie lassen sich einzelne atomare Nanostrukturen so akkurat und reproduzierbar auf der Oberfläche eines Werkzeugs oder Bauteils ablegen. 14 Der Konstrukteur 6/2015

FORM? BESTWERTE. VIELFALT? BESTWERTE. „Künftig werden wir in der Lage sein, kristalline Schichtstrukturen mit nahezu beliebigen Eigenschaften am Rechner zu simulieren und anschließend zu synthetisieren“, ist die Wissenschaftlerin überzeugt. Die neuen Beschichtungsprozesse leiten jetzt also die nächste Innovationsphase in der Schichtchemie ein: So arbeiten die Forscher beispielsweise daran, neue Schichten auf der Basis von Boriden am Computer zu entwerfen. Die Herausforderung besteht darin, die Festigkeit in die Höhe zu treiben und damit die Verschleißschutz-Eigenschaften zu optimieren, jedoch gleichzeitig durch das exakt richtige Maß an Elastizität ein Abplatzen oder Einbrechen der Schicht zu verhindern. „Durch die Möglichkeit, Werkstoffe fast nach Belieben zu erschaffen und Bauteile gezielt zu behandeln, wird die Oberflächentechnologie in den nächsten Jahren einen gewaltigen Wachstumsschub erfahren“, blickt Bobzin voraus. Schichten, die mitfühlen und reagieren Der Beschichtungsspezialist Auch für Dr. Alex Dommann von der Empa, der zum ETH-Ratsbereich gehörenden schweizer Forschungsinstitution für Materialwissenschaften, stehen die Breite der als Schichtmaterial verwendbaren Elemente und die noch einmal deutlich gesteigerte Anwendungsvielfalt in den nächsten Jahren im Vordergrund. „Kurzfristig sehe ich etwa das Potenzial, dass Verbrennungsprozesse in Motoren durch neuartige Beschichtungen noch weiter optimiert werden können“, so der Physiker und Kristallograph. Mittelund langfristig gehe der Trend hin zu multifunktionalen Beschichtungen oder Schichten mit sensorischen Eigenschaften. Sie werden in der Lage sein, kleinste Veränderungen der Umweltbedingungen wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, pH-Wert oder Licht zu registrieren und diese Informationen weiterzuleiten oder auch selbstständig darauf zu reagieren. Der Forscher denkt sogar an Schichten, die sich selbst heilen. Erhielt ein Bauteil in einer solchen Anwendung einen harten Schlag und die Beschichtung dadurch einen Riss, würde sich die Schicht an der betroffenen Stelle selbstständig verstärken. Während mit den heute üblichen Verfahren meist noch das komplette Bauteil beschichtet werden muss, werden Schichten künftig nur noch gezielt an denjenigen Stellen aufgebracht, an denen ihre jeweilige Eigenschaft wie etwa Hitzeresistenz, Verschleißfestigkeit oder Schlagfestigkeit auch wirklich benötigt wird. „Die komplette Turbinenschaufel wird in Zukunft in einem Stück aus dem 3-D-Drucker kommen – mitsamt den an diversen Stellen benötigten verschiedenen Beschichtungen“, blickt Dommann voraus. Eine so große Flexibilität in der Herstellung von Bauteilen und Komponenten sowie die Möglichkeit, selbst kleinste Losgrößen zu produzieren, wird die Industrie fundamental verändern, ist der Empa-Wissenschaftler überzeugt. Informationen zum aktuellen Stand der Oberflächentechnologie und verfügbaren Verfahren Bild: Oerlikon Balzers www.oerlikon.com/balzers Oerlikon Balzers ist ein weltweit führender Anbieter von Beschichtungen, die die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Präzisionsbauteilen sowie von Werkzeugen für die Metall- und Kunststoffverarbeitung wesentlich verbessern. Diese unter den Markennamen Balinit und Baliq entwickelten Beschichtungen sind extrem dünn, zeichnen sich durch hohe Härte aus und reduzieren Reibung und Verschleiss entscheidend. Unter der Technologie-Marke ePD entwickelt das Unternehmen integrierte Dienstleistungen und Lösungen für die Metallisierung von Kunststoffteilen im Chromlook. Oerlikon Balzers verfügt über ein dynamisch wachsendes Netz von derzeit 94 Beschichtungszentren in 34 Ländern Europas, Nord- und Südamerikas und Asiens. Zusammen mit Oerlikon Metco ist Oerlikon Balzers Teil des Surface Solutions Segmentes des Schweizer Oerlikon-Konzerns. BESTÄNDIGKEIT? BESTWERTE. Die Vorteile der Technischen Keramik ließen sich weiter fortführen. Auch wenn es um eine wirtschaftliche Produktion geht. Aber das möchten wir lieber persönlich mit Ihnen besprechen. Sembach GmbH & Co. KG Oskar-Sembach-Straße 15 91207 Lauf a. d. Pegnitz Tel.: +49 (0) 9123 167 0 info@sembach.de sembach.de

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