Quasi wartungsfreie Leichtbau-Antriebe

Schlechte Korrosionsbeständigkeit und die geringe Härte sind die Nachteile des Leichtbauwerkstoffs Magnesium. Nun gelang es Materialwissenschaftlern, mittels Laserstrahlen den Hochleistungskunststoff PEEK auf der Oberfläche von leichten Bauteilen aus Magnesium und anderen Metallen aufzuschmelzen. 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. 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.

Schutzschicht aus dem Hochleistungskunststoff PEEK

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, welchen den Werkstoff gegenüber Korrosion und Abrieb schützt.

Das neue Verfahren bietet dabei gleich mehrere Vorteile: "Durch den gezielten Einsatz des Lasers auf einen bestimmten Bereich wird die Wärmebelastung für das Bauteil so gering wie möglich gehalten“, erklärt Jörg Zerrer, Geschäftsführer ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH. Außerdem sei das Verfahren sehr ressourceneffizient, denn durch das gezielte Auftragen gehe kein Material "verloren“, wie sonst etwa im Sprühnebel, der beim Aufsprühen einer Schutzschicht entsteht. "Außerdem setzen wir keine umweltschädlichen Lösungsmittel ein“, versichert Jörg Zerrer.

Längere Beständigkeit der Schutzschicht

Erste technische Prüfungen zeigen das Potential des neuen Verfahrens: Beim sogenannten Pin-on-Disc-Test werden etwa das Reibeverhalten 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 wir die Reibung und den Verschleiß so stark verringern, dass unsere 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“, sagt Jörg Zerrer. Somit seien quasi wartungsfreie Antriebe möglich, so Zerrer weiter. "Durch das neue Verfahren eröffnen sich für Leichtbauwerkstoffe wie Magnesium oder Aluminium neue Anwendungsbereiche“, sagt Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der Leichtbau BW GmbH.