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PFAS-frei per Laser

Forscher schaffen funktionelle Beschichtungen ohne PFAS mittels Laser

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Fraunhofer IWM
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

PEEK wird bisher als Folie oder Pulver zur Beschichtung appliziert

Im ersten der oben genannten Projekte untersuchen die Oberflächenexperten, wie sich auf PEEK basierte Beschichtungen auf metallische Bauteile aufbringen lassen, die in bewegten und stark belasteten Systemen verbaut sind. Im Fokus stehen Anwendungen aus dem Maschinenbau. Etwa große Gleitlager, Dichtungen, Kolben und Magnetventile, wie man erfährt. Besonders anschaulich werde die Herausforderung bei großen Gleitlagern, wie sie in Windkraftanlagen vorkommen. Denn eine Welle läuft dabei in einer beschichteten Lagerschale, die bisher meist mit PTFE-haltigen Schichtsystemen versehen war. PEEK wird üblicherweise als Folie aufgebracht oder als Pulver verarbeitet und anschließend thermisch gefügt.

Spezialdüse bremst PEEK-Pulver auf dem Weg zum Werkstück

Bei kleinen Bauteilen könne das funktionieren, doch bei tonnenschweren Metallkomponenten werde es happig! Denn das gesamte Bauteil müsste in einen Ofen, auf hohe Temperatur gebracht und danach wieder langsam abgekühlt werden. Deshalb erzeugt man am ILT per Laser eine metallische Schicht, die gezielt aufgeraut ist, um dem PEEK später Halt zu geben. Dann wird PEEK-Pulver über eine speziell entwickelte Düsentechnik appliziert und lokal aufgeschmolzen. Das Pulver wird über ein Zyklondüse so stark gebremst, dass es relativ langsam auf die Werkstückoberfläche trifft, um nicht von ihr abzuprallen. Das ist auch materialeffizienter, was bei den PEEK-Preisen nicht zu verachten ist. Es entsteht schließlich eine gut haftende PEEK-Schicht auf dem Bauteil.

Große Gleitlager können mit PEEK mehrlagig beschichtet werden

Im Projekt „EPOS“, quasi einem Nachfolger des letzteren, untersucht man am ILT, wie sich PEEK-basierte Schichten auf großformatigen Gleitlagerkomponenten prozesssicher und gleich in mehreren Lagen aufbauen lassen. Der schrittweise Auftrag soll größere Schichtdicken ermöglichen, ohne tonnenschwere Bauteile dabei vollständig in einen Ofen bugsieren zu müssen. ACS Coating Systems bringt dafür die Erfahrung mit PEEK-Beschichtungen ein – insbesondere auch für diese Art von Gleitbeschichtungen. Das Unternehmen beherrscht Beschichtungen mit Dicken von wenigen Mikrometern bis zu einem Millimeter. Und Polymer Service Merseburg (PSM) prüft und bewertet die Schichten. Im Fokus stehen unter anderem die Kristallinität, die Gefügestruktur und der thermische Zustand des PEEK. Aber auch die mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften werden unter die Lupe genommen. Diese Daten sollen dabei helfen, den Laserprozess und den mehrlagigen Schichtaufbau so aufeinander abzustimmen, dass die Beschichtung gleichmäßig hafte und den Belastungen im Gleitlager dauerhaft standhalten könne.

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