ThinKing Januar – Mikroplasma-Umwandlung ermöglicht Design von Leichtmetall-Oberflächen

05.01.2017

 

Moderne Multifunktionsschichten eröffnen im Leichtbau völlig neue Anwendungsmöglichkeiten und können den Mehrwert von Produkten erheblich steigern. Für die multifunktionale Oberflächenmodifikation von Leichtmetallen wie Aluminium, Titan oder Magnesium steht nun eine weiterentwickelte Micro-Arc-Oxidations-Technologie (MAO) zur Verfügung.

Oberflächen lassen sich entsprechend der gewünschten Funktionen designen und die Leistung von Leichtmetall-Komponenten deutlich steigern. Dies ermöglicht neue funktionale und dekorative Anwendungsgebiete - auch in der Serienproduktion - und damit signifikante Einsparung an Gewicht, Material und Kosten bei gleicher oder verbesserter Funktionalität.

Randschichten von Leichtmetallen werden modifiziert

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation der Stuttgarter AutomoTeam GmbH mit ihrem ThinKing im Januar 2017. Die Leichtbau BW GmbH bietet unter diesem Label monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg kostenfrei eine Plattform.

Das METAKER® Surface Verfahren modifiziert die Randschichten von Leichtmetallen in einen leistungsstarken, multifunktionalen, heterogenen, gradierten, atomaren Mikro-Verbundwerkstoff. Durch die Veränderung der Prozessparameter lassen sich sowohl die Werkstoffeigenschaften (Funktion) als auch die Kombinationen (Multifunktionalität) anwendungsspezifisch einstellen.

Einsparpotenziale im zweistelligen Prozentbereich
Mit der Möglichkeit, die chemischen, mechanischen, physikalischen, biologischen und topologischen Oberflächenmerkmale auf unterschiedliche Anwendungen im industriellen Maßstab abzustimmen, ergeben sich im Vergleich zu anderen Oberflächentechnologien zahlreiche Vorteile bei unterschiedlichen Funktionen. Zudem können die unterschiedlichen Modifikationen zu Multifunktionalitäten kombiniert werden, z.B. verschleißfest und elektrisch leitend, dielektrisch und wärmeleitend oder etwa lichtreflektierend und wärmeleitend.
So wird die Oberfläche zu einem Konstruktionselement, welches neue Potenziale für industriellen Einsatz von Leichtmetallen eröffnet. Beispielweise lassen sich Potentiale bei Gewicht, Funktion, Produkt- und Prozesskosten, Lebensdauer, Wirkungsgrad u.v.m. im zweistelligen Prozentbereich heben.

METAKER Oberflächen bieten damit zahlreiche Potenziale für den erweiterten Einsatz von Leichtmetallen in verschiedenen Schlüsselindustrien etwa durch Materialsubstitution, Funktionsintegration sowie hybriden Leichtbau. So ist es zum Beispiel einem Hersteller von Hochleistungselektromotoren gelungen, ein bewegliches Bauteil aus Kupfer durch eines aus Aluminium zu ersetzen. Damit erreicht wurden 92 Prozent Materialkostenersparnis, 72 Prozent Gewichtsreduktion sowie gleichzeitige Verbesserung von Funktion und Lebensdauer.

Milliarden Mikroplasma-Entladungen formen Metall-Keramik-Verbund
Das neu entwickelte METAKER Verfahren für die elektro-plasmachemische, nanotechnologische Oberflächenmodifikation von Leichtmetallen wie Aluminium, Titan und Magnesium zeichnet sich dadurch aus, dass unter Einfluss von Milliarden von Mikroplasma-Entladungen das Gefüge eines Werkstücks im Randschichtenbereich zu einem geschlossenen, atomar haftenden Metall-Keramik-Verbund umgewandelt wird.
Milliarden Mikroplasma-Entladungen formen komplexen Metall-Keramik-Verbund. Die Werkstoffeigenschaften lassen sich durch die Veränderung von Prozessparametern wie Elektrolytchemie, Strom, Spannung und Zeit einstellen. Die Oberflächen- und Prozesseigenschaften weisen dabei mehrere, durch die Forschung und Industrie bestätigte Alleinstellungsmerkmale und bisher undenkbare Anwendungspotenziale vor.
"Die bislang nicht gekannte Kombination von wasserbeständigen Werkstoff-Komponenten wie z.B. Kunststoff, Stahl oder Glas mit den modifizierten Aluminium-Komponenten versetzt Ingenieure in die Lage, neue Lösungswege für inkrementelle und disruptive Innovationen zu beschreiten", sagt Geschäftsführer Eugen Pfeifer. "Entscheidet man sich z.B. für einen glasfaserverstärkten Kunststoff, kann die Aluminium-Komponente vor dem Umspritzen mit Kunststoff in Bezug auf entsprechende Korrosionsbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und Oberflächenstrukturierung für bessere Haftung und nach dem Umspritzen in Bezug auf extreme Verschleißbeständigkeit spezifisch modifiziert werden."
Die nahezu unbegrenzten Kombinations- und Variationsmöglichkeiten der Materialien sowie beliebig mögliche geometrische Komplexität METAKER® Werkstoffhybride bilden damit die Basis für neuartige technische Systeme.

Datenbasis mit über 80 unterschiedlichen Schichtenvarianten
Laut Unternehmen basieren die meisten allgemein bekannten Veröffentlichungen über die Micro Arc Oxidation Technologie oder ähnliche Verfahren wie plasma elektrolytic oxidation (PEO) auf einem alten technologischen Stand. Die Möglichkeiten der METAKER® MAO Technologie und ihre Vorteile auch im Vergleich mit anderen Oberflächentechnologien wie Anodisieren, Chromieren, Chemisch-Nickel, Chromatieren und Lackieren lassen sich damit nicht beschreiben und erfordern anwendungsspezifische Beratungsgespräche.

Derzeit bietet AutomoTeam Applikationen ausschließlich für Aluminium-Legierungen an. Die Entwicklung von Applikationen für Magnesium und Titan ist auf Anfrage möglich. Die bisher umgesetzten Anwendungen für die Luft-und Raumfahrt, Öl- und Gasindustrie, Maschinenbau, Anlagenbau sowie weitere Erkenntnisse aus dem Entwicklungslabor bilden aktuell eine sehr umfangreiche Datenbasis mit über 80 unterschiedlichen Schichtenvarianten. Daneben sind aber noch zahlreiche weitere Oberflächeneigenschaften und deren Kombination möglich.

Ganzheitliche Betrachtung ausschlaggebend für Erfolg
Verzichtet wird bei METAKER® MAO Technologie auf den Einsatz von jeglichen Gefahrenstoffen. Wenige Prozessschritte, geringer Ressourcenverbrauch und Kompatibilität mit den meist vorhandenen Anlagentechniken im nasschemischen Bereich ermöglichen Entwicklung und integrierte industrielle Herstellung zukunftsweisender Produkte in unterschiedlichsten technischen Fachgebieten.
Ausschlaggebend für den Erfolg sind dabei die ganzheitliche Betrachtung der Produkt- und Prozessanforderungen und die frühe Einbindung der Oberfläche als konstruktives Element in den Entwicklungs- und Produktentstehungsprozess bereits in der Konzeptphase.

Mit der Auslieferung einer ersten kundenspezifischen Serienanlage hat das internationale Konsortium unter Federführung von AutomoTeam GmbH eine breitere Technologieeinführung in Europa begonnen. Dabei geht das Stuttgarter Unternehmen auf drei Wegen vor: Entwicklung eigener Innovationen, Entwicklung kundenspezifischer Innovationen sowie Technologiekooperationen zur Schaffung nachhaltiger Synergien.
Weitere Informationen unter www.metaker.com