Laser­ba­sier­tes Pul­ver­ver­fah­ren mit tri­bo­lo­gisch modi­fi­zier­tem PEEK-Pulver

Das Spe­zi­al­che­mie­un­ter­neh­men Evo­nik ent­wi­ckelt im Rah­men eines von der Lan­des­re­gie­rung Nord­rhein-West­fa­len und der Euro­päi­schen Uni­on geför­der­ten For­schungs­pro­jekts neue tri­bo­lo­gisch modi­fi­zier­te Kunst­stoff­pul­ver auf Basis von VESTAKEEP® PEEK (Poly­e­ther­e­ther­ke­ton) für laser­ba­sier­te Pulververfahren.
Das über­ge­ord­ne­te Ziel des Pro­jekts unter dem Namen „ENLAPRO“ besteht in der Aus­ar­bei­tung eines ener­gie­ef­fi­zi­en­ten, laser­ba­sier­ten Pro­duk­ti­ons­ver­fah­rens für PEEK-basier­te tri­bo­lo­gi­sche Beschich­tun­gen. Damit kön­nen metal­li­sche Kom­po­nen­ten beschich­tet wer­den, die hohen mecha­ni­schen Belas­tun­gen aus­ge­setzt sind — etwa Kol­ben oder Lager­scha­len in Ver­bren­nungs­mo­to­ren oder Metall­bau­tei­le in Klimakompressoren.
Mit der Ent­wick­lung neu­er Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­len auf Basis von VESTAKEEP® PEEK legt das Unter­neh­men die Grund­la­ge für die Pro­jekt­ar­beit, die Ende 2021 abge­schlos­sen sein soll. Dabei greift das Spe­zi­al­che­mie­un­ter­neh­men auf mehr als 50 Jah­re Erfah­rung in der Poly­mer­che­mie an sei­nem welt­weit größ­ten Pro­duk­ti­ons­stand­ort im Che­mie­park Marl zurück.

Mehr Effi­zi­enz durch weni­ger Reibung

Eine Viel­zahl von Anwen­dun­gen, ins­be­son­de­re im Maschi­nen- und Auto­mo­bil­bau, ist durch Reib- und Ver­schleiß­be­an­spru­chun­gen bei gleich­zei­tig höchs­ten Anfor­de­run­gen bezüg­lich Tem­pe­ra­tur­be­las­tung und Kor­ro­si­ons­be­stän­dig­keit geprägt. Dies erfor­dert oft­mals den Ein­satz spe­zi­el­ler Beschich­tun­gen. Hin­sicht­lich der Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten sind ins­be­son­de­re Hoch­leis­tungs­po­ly­me­re für sol­che Anwen­dungs­fäl­le prä­de­sti­niert. Auf­grund sei­ner exzel­len­ten Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten, sehr hohen mecha­ni­schen, ther­mi­schen und che­mi­schen Bestän­dig­keit fällt VESTAKEEP® PEEK eine beson­de­re Posi­ti­on zu.
Kon­ven­tio­nel­le Beschich­tungs­ver­fah­ren umfas­sen typi­scher­wei­se meh­re­re Schrit­te: eine che­mi­sche Bau­teil­rei­ni­gung sowie eine Vor­be­hand­lung des Bau­teils mit­tels Strahl­me­di­en, einen Schicht­auf­trag in Pul­ver­form mit einem Mate­ri­al­ver­lust von bis zu 70 Pro­zent und einen anschlie­ßen­den, ener­gie­auf­wen­di­gen Ofen­pro­zess. Dar­in wird das kom­plet­te Bau­teil auf typi­scher­wei­se 400 °C erwärmt, um das Beschich­tungs­ma­te­ri­al auf­zu­schmel­zen und so eine haft­fes­te Beschich­tung zu erhalten.

Neu­es Beschich­tungs­ver­fah­ren ver­braucht weni­ger Energie

Der zen­tra­le Inno­va­ti­ons­ge­halt des neu­en Ver­fah­rens besteht in der signi­fi­kan­ten Ver­grö­ße­rung der Ener­gie­ef­fi­zi­enz, da ledig­lich das Beschich­tungs­ma­te­ri­al und eine dün­ne Rand­schicht des Bau­teils mit­tels Laser­strah­lung erwärmt wer­den. Ers­ten Berech­nun­gen zufol­ge könn­te durch den Ein­satz des laser­ba­sier­ten Beschich­tungs­ver­fah­rens der Ener­gie­ver­brauch gegen­über Ofen­pro­zes­sen um mehr als 90 Pro­zent gesenkt wer­den. Das neue Beschich­tungs­ver­fah­ren ver­spricht zudem eine nach­hal­ti­ge Reduk­ti­on des Mate­ri­al­ver­lus­tes bei der Schicht­ap­pli­ka­ti­on sowie den Ver­zicht auf che­mi­sche Rei­ni­gungs­mit­tel und Strahl­me­di­en dank einer Laservorbehandlung.
Wei­te­re Pro­jekt­part­ner des durch die Mit­tel des Euro­päi­schen Fonds für regio­na­le Ent­wick­lung (EFRE) geför­der­ten Pro­jek­tes sind die Unter­neh­men Carl Bechem GmbH, Hagen (Ent­wick­lung von PEEK-Beschich­tun­gen), die Clean-Laser­sys­te­me GmbH, Her­zo­gen­rath (Laser­vor­be­hand­lung) und das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Laser­tech­nik ILT, Aachen (Laser­ver­fah­rens­ent­wick­lung).