Das Forum Oberflächentechnik der Hannover Messe informierte über die Prozesskette von der Materialauswahl und -bearbeitung bis hin zum fertigen Produkt
Im Rahmen der Hannover Messe fand begleitend an allen fünf Tagen das Forum Oberflächentechnik statt. Hier konnten sich Fachleute entlang der Prozesskette der Bauteilherstellung bis zur abschließenden Oberflächenbehandlung über unterschiedliche Facetten des Entstehungsprozesses informieren. Organisiert wurde das Programm im Auftrag der Hannover Messe von den Fraunhofer-Instituten IPK, Berlin, und IPA, Stuttgart, sowie von der WOTech GbR, Waldshut-Tiengen. Das Spektrum reichte von der Vorbehandlung über die Kombination von Grundmaterial und Oberflächenbehandlung, den Einsatz von Grundmaterial und Beschichtung für Windenergie, hochbelastbare Beschichtungen, Aluminium bis hin zu der Frage des Einsatzes von Chromschichten und möglichen Alternativen. Abgeschlossen wurde das Programm am Freitag mit einer Vorstellung der Aus- und Weiterbildung in der Oberflächentechnik speziell für den Nachwuchs.
Vorbehandlung und Umweltschutz
Im ersten Beitrag des Forums stellte Martin Bilz, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), eine Studie zu Markt und Trends in der Strahlverfahrenstechnik vor, die vom Fraunhofer-IPK und der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik in drei Stufen zwischen 2009 und 2011 durchgeführt worden war. An der Studie hatten insgesamt 127 Unternehmen teilgenommen. Betrachtet wurden dabei die Strahlverfahren mit Kohlenstoffdioxid, das Wasserstrahlschneiden sowie die Strahlverfahren allgemein.
M. Bilz Fraunhofer IPK
Das Strahlen mit Kohlenstoffdioxid findet den Untersuchungen zufolge vor allem im Bereich des Automobilbaus Anwendung, vor allem zur Reinigung von Maschinen und Kunststoffoberflächen. Es zeigte sich, dass die Anwendungen denen von Trockeneis ähnlich sind, beispielsweise zum Entgraten oder Entlacken.
Beim Wasserstrahlschneider wird nach den drei Varianten Reinwasser-, Abrasiv- und Mikrostrahlschneiden unterschieden. Angewandt werden die ersten beiden Techniken unter anderem in der Textil- und Druckindustrie, dem Maschinen- und Fahrzeugbau. Das Mikrostrahlschneiden wird vorwiegend in der Medizintechnik eingesetzt. Problematisch sind derzeit noch die hohen Investitionskosten für das Verfahren, die geringe Schnittgeschwindigkeit oder die geringe Oberflächengüte bei hohem Vorschub.
Die Strahlverfahren allgemein zeichnen sich durch eine hohe Nachfrage aus den Bereichen Maschinen- und Fahrzeugbau aus, wobei bevorzugt Metalle bearbeitet werden. Insgesamt sind noch deutliche Entwicklungspotenziale bei den Strahlverfahren erkennbar. So zeichnen sich vor allem Vorteile bei der Bearbeitung von Superlegierungen oder Verbundwerkstoffen ab. Aber auch die Vorzüge in Bezug auf den Umweltschutz oder die Arbeitssicherheit tragen zu einem hohen Interesse an den Technologien bei.
Andreas Schaab von der SurTech Deutschland GmbH gab einen Überblick über die Grundlagen und Anwendungen der wässrigen Teilereinigung in der Industrie. Die wässrige Reinigung hat in den letzten beiden Jahrzehnten einen deutlichen Aufschwung erfahren, da organische Lösemittel für die Reinigung nur mit hohem Aufwand eingesetzt werden können. Zugleich stieg aber auch die Forderung, mit geringem Einsatz an Rohchemikalien die unterschiedlichsten Werkstoffe mit hoher Qualität reinigen zu können. Außerdem wurde erkannt, dass eine Reinigung nicht nur für die Oberflächenbehandlung von Bauteilen erforderlich ist, sondern auch bei den zahlreichen Einzelstufen in der Fertigung das Gesamtergebnis verbessert. So wird heute auch vor und nach einzelnen mechanischen Fertigungsschritten, beispielsweise durch Pressen, Biegen, Fräsen oder der Montage, gereinigt. Dies wiederum stellt an die Hersteller von Reinigungsanlagen und Reinigungsverfahren die Herausforderung, ihre Prozesse so auszustatten, dass sie von allen Fachkräften in den Unternehmen eingerichtet, bedient und überprüft werden können.
Um das gewünschte Reinigungsergebnis zu erzielen, müssen die Applikation, die Reinigungschemie, die Arbeitstemperatur und die Behandlungszeit an das Reinigungsproblem angepasst werden. Dazu werden heute zum größeren Teil wässrige Reinigungsverfahren eingesetzt, die umfassend an den jeweiligen Einsatz angepasst werden. Dies bedeutet, dass die industrielle, wässrige Teilereinigung als Prozess ganzheitlich zu betrachten ist. Vorgelagerte Fertigungsschritte und nachfolgende Prozesse sind unbedingt zu berücksichtigen. Anlagenbediener sollten bezüglich der Anlagentechnik und der Reinigungschemie geschult und sensibilisiert werden und schließlich muss im Problemfall eine intensive Kommunikation zwischen Anwender, Anlagenbauer und Chemielieferant eine schnelle Problemlösung gewährleisten.
Die umweltfreundliche Bearbeitung von Oberflächen mit Laser war das Thema von Olaf Schulz, SLCR Lasertechnik GmbH. Das Aufgabengebiet umfasst das Reinigen, Entlacken sowie die Vorbereitung von Oberflächen in Form der Aktivierung im Vordergrund. Gegenüber den klassischen Technologien der Reinigung besticht der Lasereinsatz dadurch, dass keine flüssigen oder gasförmigen Medien mit der Bauteiloberfläche in Berührung kommen und damit auch keine Behältnisse für die Bearbeitung notwendig sind.
Als Beispiele nannte der Referent das Entfernen von Trennmittel- oder Produktionsresten auf Formen und Werkzeugen sowie das Entfernen von Oxiden oder Korrosionsprodukten. Besonders vorteilhaft ist die Entschichtung von Kontaktstellen für das Fügen und Kleben oder die Vorbereitung von Klebe-, Schweiß- oder Lötstellen auf unterschiedlichen Substraten. Hier kommt besonders die einfache Eingrenzung der Oberflächenbereiche auf die tatsächlich benötigten Kontaktzonen zum Tragen.
Bewährt haben sich nach Aussage von Olaf Schulz TEA-CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometer und Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer. Die Steuerung der Laserenergie ist relativ einfach und nach einer kurzen Versuchszeit kann das System optimal auf unterschiedliche Verunreinigungen und eine breite Palette an Substraten eingestellt werden. Dies zeigte er an Hand einer Reihe von Einsatzfällen aus allen Bereichen der Industrie bis hin zur Restauration von Antiquitäten und Kunstgegenständen. Sowohl bei kleinen Stückzahlen als auch bei Großserien stellt die Laserreinigung eine kostengünstige Alternative durch niedrige Betriebskosten dar, bevorzugt dort, wo die Dicken der Verschmutzungen nicht zu hoch sind oder auch die Flächenanteile der verschmutzten Bereiche nur wenige Prozent der Gesamtbauteiloberfläche umfassen.
Dr. Bastin Knabe vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM), Freiburg, stellte optische Messtechniken für Oberflächen vor, mit denen Verschmutzungen erfassbar und damit auch Reinigungsergebnisse qualifizierbar sind. Die vorgestellten Technologien der Infrarotspektroskopie, der Fluoreszenzmessung und der Holographie zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau und eine schnelle Anwendung aus.
Die Infrarotspektroskopie beruht darauf, dass eine eingestrahlte IR-Strahlung je nach Art der Oberflächenbelegung unterschiedliche Mengen an Energie aufnimmt beziehungsweise reflektiert. Eine bildgebende Schichtidentifikation erfolgt unter Einsatz eines durchstimmbaren Lasers. Neben der Detektion von Öl wird das Verfahren auch zur Bestimmung von Sprengstoff verwendet. Die Fluoreszenzmessung arbeitet mit einem vergleichbaren Aufbau, allerdings einer anderen Art des Messsignals, da nicht der reflektierte Teil, sondern der absorbierte Teil als Messsignal dient, der eine Fluoreszenz auslöst. Dieses Fluoreszenzsignal wird analysiert. Aufgrund der höheren Signalstärke ist die Messdauer sehr kurz. Ein weiteres Verfahren ist die Holographie, die ebenfalls sehr schnell ist. Bei Einsatz unterschiedlicher Wellenlängen des Messstrahls kann auch die Ausrichtung in Z-Richtung von Oberflächen ermittelt werden. Auch hier ist ein Vorteil, dass eine großflächige Messung ohne großen Aufwand durchgeführt werden kann. Damit ist unter anderem eine 100-Prozent-Messung von Bauteilen möglich.
Die vorgestellten Verfahren sind unter anderem die ideale Kombination zu dem zuvor diskutierten Oberflächenbearbeiten mittels Laser. So eignen sich die erhaltenen Messwerte bestens zur Steuerung des Laserstrahls vor der eigentlichen Behandlung und zur Überprüfung der Ergebnisse. Die hohe Messgeschwindigkeit auch bei großen Flächen ergibt dann eine schnelle und effiziente Technologie zur Bearbeitung von Oberflächen der unterschiedlichsten Substrate.
Vor allem im Zuge der Verminderung von Schadstoffen in der Produktion wurden in den letzten 20 Jahren vermehrt wasserbasierte Systeme zum Reinigen, aber auch für das Kühlen bei der mechanischen Bearbeitung eingesetzt. Zugleich wurden aber auch die Grenzwerte für die Belastung von Abwässern mit Metallen und anorganischen Verbindungen wie Chlorid oder Sulfat gesenkt. Hierfür eignen sich insbesondere Ionenaustauscher zur einfachen und dauerhaften Senkung von Begleitstoffen in Wasser. Bernward Groß, Groß Wassertechnik GmbH, Pforzheim, gab einen Überblick über den Einsatz von Ionenaustauschern in der modernen Fertigung.
Insbesondere bei der Verarbeitung von Edelmetallen haben unterschiedliche Verfahren zur Rückgewinnung teurer Rohstoffe eine lange Tradition. Anfänglich wurden die Metallverbindungen von Holzspänen aufgesogen und daraus wurde das Metall zurückgewonnen. Später kamen verschiedene Verfahren zur Ausfällung von schwerlöslichen Metallverbindungen und die Abtrennung als Schlamm auf den Markt. Seit fast 30 Jahren haben nun Ionenaustauscher den Weg in die Metallverarbeitung gefunden.
Ionenaustauscher sind poröse organische Partikel mit Durchmessern im Millimeterbereich. Die verwendeten organischen Stoffe können positive oder negative Ionen abgeben und andere im Austausch anlagern. Dieser Prozess ist reversibel, wodurch spezifisch gelöste Metalle oder andere anorganische Verbindungen dem umgebenden Wasser entzogen werden. Dazu werden die Ionenaustauscherkügelchen, auch als Ionenaustauscherharze bezeichnet, in einer Patrone von der zu reinigenden Lösung durchströmt. In einem zweiten Schritt, der Regeneration, wird der Vorgang rückgängig gemacht und damit der beladene Stoff gezielt für die Weiterverarbeitung durch Recycling dem Stoffkreislauf wieder zugeführt.
Heute stehen kleine, mobile Ionenaustauschereinheiten zur Verfügung, die für die galvanische Abscheidung von Metallen bereits in breiterem Umfang im Einsatz sind. Neuere Untersuchungen haben jetzt gezeigt, dass auch beim Drahterodieren die Ergebnisse deutlich verbessert werden, wenn die Leitfähigkeit des Wassers konstant unter einem Wert von fünf Mikrosiemens pro Zentimeter gehalten wird. Hierbei wird insbesondere Chlorid entfernt und so der Korrosionsangriff der Bauteile deutlich verringert.
Konstruktion von Bauteilen
– Mehrwert durch Oberflächentechnik
Nach wie vor werden die Vorteile der Oberflächentechnik nicht in vollem Umfang bei der Konstruktion und Produktion von Bauteilen für die unterschiedlichsten Produkte ausgeschöpft. Dies wird zum Teil darauf zurückgeführt, dass die Bereiche Design, Konstruktion und Fertigungstechnik auf der einen Seite nicht in ausreichendem Maße mit der Oberflächentechnik auf der anderen Seite kommunizieren. Diese Situation mit einer Darstellung des erzielbaren Mehrwerts durch eine Kombination aus Grundwerkstoff und angepasster Oberfläche zu verbessern, war das Ziel der Veranstalter mit der Vortragsreihe und Diskussion am zweiten Messetag.
Eröffnet wurde der Tag mit einem Vortrag von Dr. Simon Oberhauser, InnCoa GmbH, Neustadt/Donau, über die Kombinationen von Grundmaterial und Oberfläche unter Korrosions- und Oxidationsbelastung. Um eine solche Aufgabenstellung bewältigen zu können, sind nach Aussage von Dr. Oberhauser zunächst Untersuchungen zur chemischen und elektrochemischen Belastung erforderlich. Hierzu wird beispielsweise das elektrochemische Verhalten mit Hilfe von Stromdichte-Potential-Kurven der einzelnen Werkstoffe unter den in Betracht kommenden Umgebungen und Temperaturen ermittelt. Solche Messungen liefern einen ersten Anhaltspunkt über auftretende Reaktionen sowie die Geschwindigkeiten der Auflösung. Die Untersuchungen werden kombiniert mit rasterelektronischen Betrachtungen der Oberfläche sowie der Elementverteilung im Bereich von Schadstellen.
Das von InnCoa verwendete elektrochemische Instrumentarium liefert auch Anhaltspunkte über die Standzeiten von Werkstoffen und Werkstoffkombinationen. Daraus leiten sich Anhaltspunkte ab, welcher Aufwand für den Schutz in wirtschaftlicher Hinsicht sinnvoll und möglich ist. Neben Oxidation und Korrosion gehen auch mechanischer Verschleiß und Erfahrungen aus Feldversuchen in die Betrachtungen ein.
Als ein Schichtsystem auf Bauteilen mit hoher mechanischer, thermischer und oxidativer Belastung stellte der Vortragende Aluminium vor, das mittels chemischer Dampfabscheidung aus metallorganischen Verbindungen hergestellt wird. Aus dieser Schicht entstehen durch Diffusionsvorgänge und Reaktion aus Aluminium und Eisen des Grundwerkstoffs Aluminide. Solche Verbindungen weisen eine außerordentlich hohe Temperaturbeständigkeit auf. Wird zwischen Aluminium und Stahl eine Nickelschicht aufgebracht, lassen sich auch Verbindungen aus Aluminium und Nickel erzeugen. Diese intermetallischen Phasen besitzen neben der guten Oxidationsbeständigkeit eine hohe Härte. Durch Hinzufügen von Chrom lassen sich die Eigenschaften nochmals steigern. Diffusionsschichten auf Basis von Chromcarbid mit Dicken von bis zu fünf Mikrometer zeigen Härten von bis zu 1700 HV0,01. Alle diese Schichten besitzen eine sehr gute Haftung auf dem Substrat und ermöglichen damit die Herstellung von höchstbelastbaren Bauteilen.
Für den Preis eines Bauteils sind die Herstellungskosten des dafür notwendigen Werkzeugs nicht unerheblich. Dies gilt umso mehr, je kleiner die Losgröße der zu produzierenden Teile ist. Der Grund dafür ist die aufwändige Bearbeitung des Werkzeugmaterials, in der Regel Stahl, der geeignet ist, hohe Stückzahlen zu produzieren. Eine Alternative ergibt sich durch die Metallisierung von Kunststoffen, die Dr. Andreas Dietz vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) aus Braunschweig vorstellte.
Werden nur geringe Stückzahlen oder gar nur Prototypen hergestellt, ist ein Werkzeug aus Metall häufig nicht erforderlich. Hier reichen auch hochfeste Kunststoffe, die, mit geeigneten Schichtsystemen beschichtet, ebenfalls eine hohe Leistungsfähigkeit aufweisen. Diese Werkzeuge lassen sich zu erheblich geringeren Kosten herstellen.
Ein neues Verfahren zur galvanischen Metallisierung solcher Kunststoffe wurde im Fraunhofer-IST in Braunschweig entwickelt. Dabei wurde der Kunststoff mit Hilfe eines mechanischen Verfahrens, das dem Sandstrahlen ähnlich ist, mit Metallpartikeln beaufschlagt. Diese Metallpartikel erhöhen die für die Haftung der nachfolgenden Schicht notwendige Rauheit der Oberfläche. Gleichzeitig verbessern sie aber auch die katalytische Aktivität für die nachfolgende Palladiumaktivierung, die für die Metallisierung als erster Schritt unumgänglich ist. Nach der ersten Metallisierung mit chemisch Nickel folgt die galvanische Verstärkung, die beispielsweise mit einer Verschleißschutzschicht aus Hartchrom endet.
Umgesetzt wurde diese Art des Aufbaus bei Umformwerkzeugen aus geschäumtem Polyurethan, die mit Hartchrom beschichtet worden waren. Darüber hinaus werden ebenfalls PU-basierte Formwerkzeuge zur Herstellung von Faserverbundstrukturen untersucht. Ziel ist hier, neben dem Verschleißschutz, das Anhaften des Kunststofflaminats am Werkzeug zu verhindern.
Eine weitere Gruppe an Beschichtungen, die den Einsatz von Bauteilen aus den unterschiedlichen Grundmaterialien deutlich erweitern oder überhaupt erst möglich machen, ist das thermische Spritzen. Bastian Rüther von der TU Dortmund zeigte nicht nur die Vorzüge dieser Art der Oberflächenbehandlung, sondern demonstrierte auch überzeugend, dass sich auch Maschinenbauer für Oberflächentechnologie begeistern können; der Referent ist seit 2007 Dozent im Bereich Oberflächentechnik, Lehrstuhl für Werkstofftechnologie (LWT) an der TU Dortmund.
Beim thermischen Spritzen, das seit etwa 100 Jahren bekannt ist und angewandt wird, werden Werkstoffe, wie reine Metalle, Legierungen oder Keramiken, in einem Brenner aufgeschmolzen oder als Pulver auf eine Oberfläche aufgespritzt. Die Werkstoffe werden hierbei auf- oder angeschmolzen und unter Einwirkung von thermischer und mechanischer Energie auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats zu einer Schicht verbunden. Die Auftragungsart fördert hierbei die Haftung durch Verzahnung mit dem Grundmaterial. Die Vielfalt der verwendbaren Beschichtungswerkstoffe bietet Einsatzfälle von der metallischen Kontaktierung über Beständigkeiten gegen Verschleiß, Oxidation, Korrosion, thermische Belastung oder Abrieb. Dadurch sind auch die Einsatzmöglichkeiten auf nahezu alle Bereiche, von der Medizin über den Korrosionsschutz in mariner Atmosphäre bis hin zu Bauteilen in Triebwerken, breit gestreut. Das Verfahren zeichnet sich neben der nahezu unbeschränkten Vielfalt an Schichtmaterialien durch eine hohe Beschichtungsgeschwindigkeit und hohe mögliche Schichtdicken aus.
Kunststoffe nehmen in unserem Leben einen breiten Raum ein. Kaum ein Gerät oder ein Gegenstand besteht nicht wenigstens zu einem Teil aus Kunststoffelementen. Trotzdem werden vor allem zur Steigerung der Wertigkeit nach wie vor Metallteile in breitem Umfang eingesetzt. Hierbei spielt das Metall Zink in Kombination mit einer wertigen Oberflächenbeschichtung eine wichtige Rolle, die Dr. Heinz Herberhold, HDO Druckguß- und Oberflächetechnik GmbH, Paderborn, in seinem Vortrag zu neuen Design- und Konstruktionsfreiheiten vorstellte.
Die Herstellung von Metallteilen aus Zink erfolgt für Bauteile mit Gewichten zwischen 0,5 Gramm und sechs Kilogramm im Unternehmen von Dr. Herberhold durch Druckgießen. Das Unternehmen führt die gesamte Prozesskette von der Konstruktion bis zur abschließenden Oberflächenbehandlung aus und kann deshalb alle Forderungen zur Herstellung von höchster Qualität berücksichtigen. Dies Prozesskette beginnt bei der bestmöglichen Gestaltung des Gussprozesses, um bereits hier die Erfordernisse nach Festigkeit, geringem Materialeinsatz, guter Bearbeitbarkeit und gute dekorative und funktionelle Oberflächengestaltung berücksichtigen zu können. Zinkdruckguss mit einer galvanisch aufgebrachten Metallschicht – in der Regel eine Kombination aus Kupfer, Nickel und Chrom – zeichnet sich durch eine sehr gute Haftung aus, da Zink und Kupfer ineinander eindiffundieren. Insbesondere trägt aber die positive Haptik zum Gesamtcharakter entsprechender Bauteile bei. Hochwertige Zinkdruckgussteile werden heute oftmals mit weiteren Werkstoffen wie Glas, Holz oder Kunststoff kombiniert und sind so in Fahrzeugen ebenso zu finden wie in Sanitäreinrichtungen oder bei Elektrogeräten. Dr. Herberhold stellte hier eine ganze Reihe an Anwendungsmöglichkeiten vor und verdeutlichte, dass durch die Kombination aus Grundwerkstoff und Beschichtungen Wertschöpfungen von bis zu 70 Prozent erzielt werden.
Einen weiteren Bereich, bei dem erst die Kombination aus Substrat und Beschichtung zum eigentlichen Produkt führen, stellte Dr. Jens Bohnet vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, vor. Rapid Prototyping ist der Aufbau von dreidimensionalen Körpern aus flüssigen Kunststoffen (zum Teil auch aus Keramikaufschlämmungen) unter Einwirkung von Laserlicht. Mit dieser Technik lassen sich direkt aus Konstruktionsdaten (CAD-Daten) ohne weitere Werkzeuge Bauteile fertigen. Anwendungsgebiete sind beispielsweise der Modellbau, aber auch die Herstellung von Ersatzteilen oder die Replikation.
Um Bauteile aus den verfügbaren Kunststoffen gegen mechanische Belastungen resistent zu machen, eignet sich die Beschichtung mit Metallen. Je nach Art des Kunststoffs erfolgt die Metallisierung durch die klassische Verfahrensweise aus Anätzen, Aktivieren und chemische Metallisieren; alternativ kommt aucht eine Startschicht zur Anwendung, die aus einem aufgedampften Metall bestehen kann. Die Art und Dicke der Metallisierungen richtet sich nach den Anforderungen des weiteren Gebrauchs und kann beispielsweise den Verschleißschutz gewährleisten, die Farbe bestimmen oder auch Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit oder Lötbarkeit sicherstellen.
Im letzten Beitrag des Tages gab Burkhard Hamer, NovoPlan GmbH, Aalen, einen Einblick in die Möglichkeiten der chemischen und galvanischen Metallisierung von Werkzeugen für das Kunststoffspritzen. Von Werkzeugen für das Kunststoffspritzen wird in der Regel erwartet, dass eine hohe Zahl an Teilen mit stets gleicher Qualität hergestellt werden kann. Um dies zu erreichen, darf vor allem kein Verschleiß an den oftmals komplexen Werkzeugen auftreten und keine Ausfälle durch anhaftende Kunststoffreste entstehen.
Das Grundmaterial wird in der Regel nach einer gute Wärmeleitfähigkeit und einer guten Bearbeitbarkeit ausgewählt. Damit kommen Metalle wie Kupfer und Aluminium eine hohe Bedeutung zu. Diese besitzen allerdings keine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit, wodurch die Notwendigkeit einer Beschichtung bereits vorgegeben ist. Zum Einsatz kommt bevorzugt chemisch abgeschiedenes Nickel, das sich durch eine sehr gute Formtreue auszeichnet; es tritt kein Schichtaufbau an Kanten auf und auch Bohrungen werden an allen Innenwänden gleichmäßig dick beschichtet. Darüber hinaus besitzt das abgeschiedene Nickel aufgrund des Phosphoranteils zwischen zehn und 15 Prozent eine hohe Härte und sehr gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit. Durch Zugabe von Stoffen wie Siliziumkarbid, Bornitrid oder PTFE lassen sich Härte, Gleiteigenschaften oder Entformung einstellen. Damit zeigen anwendungsorientiert beschichtete Werkzeuge Eigenschaften, die beispielsweise die von Werkzeugen mit PVD- oder CVD-Beschichtungen deutlich übertreffen und höchste Standzeiten garantieren.
Einen besonderen Anwendungsfall erfüllen chemisch abgeschiedene Nickelschichten für Anwendungen in der optischen Industrie, bei denen außerordentlich geringe Rauheiten erforderlich sind. Solche Oberflächen werden durch Ultrapräzisionsfräsen hergestellt, die nur noch mit chemisch abgeschiedenen Nickelschichten in Kombination mit dem entsprechenden Grundwerkstoff realisierbar sind. Hierfür werden Nickelschichten bis zu Dicken von 500 Mikrometer und Härten zwischen 49 HRC und 55 HRC abgeschieden.
Zum Abschluss setzten sich Dr. Jens Bohnet, Dr. Heinz Herberhold, Burkhard Hamer und Bastian Rüther in einer Podiumsdiskussion mit der Frage auseinander, inwieweit die Oberflächentechnik als Konstruktionselement in der Technik etabliert ist. Hierbei zeigte es sich, dass in vielen Fällen die Beschichtung oder Oberflächenbehandlung nach einigen wenigen Grundlagen vom Konstrukteur in die Planung eines Produkts einbezogen wird, ohne jedoch in Zahlen und Fakten wirklich in Betracht gezogen zu werden. Dies beginnt bei einer ungenügenden Berücksichtigung der beschichtungsgerechten Konstruktion und endet bei einer Unkenntnis der wirklichen Belastungseinflüsse aus der Umgebung (Korrosion, Verschleiß) auf ein Bauteil. Hier könnte eine verstärkte Berücksichtigung der oberflächentechnischen Grundlagen bei der Ausbildung von Konstrukteuren und Maschinenbauern Abhilfe schaffen.
Aber auch die Weiterbildung durch spezifische Schulung bei Anlagen- und Geräteherstellern sollte die bisherige Situation verbessern helfen. Vorteilhaft für alle ist die Nutzung von Unternehmen, die eine breitere Prozesskette zwischen Bauteilherstellung bis zur Oberflächenbehandlung abdecken.
In den letzten Jahren verstärkt zu beobachten war, dass die Kommunikation zwischen Beschichtungsunternehmen und Kunden der Beschichter intensiviert wird und zwar bereits im Vorfeld von Design, Konstruktion und Fertigungsplanung für neue Produkte.
-wird fortgesetzt-
