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Posts Tagged ‘Oberfläche’

Adhesive_tapes_clearUm einen guten Korrosionsschutz zu gewährleisten, werden in der Industrie und im Fahrzeugbau viele Bauteile pulverbeschichtet. Sie müssen bei der Weiterverarbeitung zuverlässig und ohne Beschädigung der schützenden Schicht miteinander verbunden werden– und das möglichst schnell, damit die Fertigung ohne große Wartezeit weiterlaufen kann. Die beste Methode, Bauteile zerstörungsfrei miteinander zu verbinden, ist das Kleben. Um kurze Taktzeit und große Durchlaufgeschwindigkeiten zu erreichen, bietet sich der Einsatz von Klebebändern an. Klebebänder bestehen, je nach Einsatzgebiet aus einem Trägermaterial und einer oder beidseitigen Haftklebstoffschicht. Da kein flüssiger Klebstoff eingesetzt wird, ist eine saubere Verarbeitung möglich. Mit Klebebändern gefügte Bauteile können direkte nach dem Fügen weiterverarbeitet werden. Pulverbeschichtungen enthalten jedoch häufig Wachse als Additive. Das erschwert den Klebeprozess und macht unter Umständen eine Vorbehandlung der Oberfläche notwendig. Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass bei Acrylatklebebändern eine thermische Behandlung die Stabilität und Bruchfestigkeit erhöht. Es gibt bisher aber noch keine Daten, wie sich die Wärmebehandlung auf Bruchverhalten und Alterungseffekte auswirkt. In diesem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung untersuchen Dresdner Forscher, wie durch geeignete technologische Parameter der Klebeprozess für pulverbeschichtete Bauteile positiv beeinflusst werden kann. Die Wissenschaftler wollen unter anderem herausfinden, welche Temperaturbereiche und Einwirkdauern für unterschiedliche Klebebänder möglich sind, ohne dass irreversible Schäden an Pulverbeschichtung bzw. Klebeverbindung auftreten. Auch der Einfluss unterschiedlicher Wärmequellen von innen (z.B. Induktion) und außen (z.B. Strahler oder Warmluft) soll untersucht werden.

Ziel ist es, die Bauteile möglichst ohne Vorbehandlung der Oberfläche zusammenzufügen, so dass kein Lösungsmittel notwendig ist. Das vereinfacht die Fertigungsschritte und spart Kosten und Arbeitszeit. Das neue Verfahren kann außerdem die Fertigungssicherheit erhöhen, weil Chargenschwankungen ausgeglichen werden, ohne dass eine Oberflächenvorbehandlung notwendig ist. Profitieren können davon unter anderem Branchen der Zulieferindustrie, der Leuchtenindustrie sowie des Fahrzeugbaus.

Mehr zum Projekt

IGF 17871: Entwicklung einer Klebtechnologie mit Klebebändern auf Pulverbeschichtungen für kurze Taktzeiten

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Quelle: dtjrh2 via Wikimedia Commons, CC-BY-SA 2.0

Quelle: dtjrh2 via Wikimedia Commons, CC-BY-SA 2.0

Kunststoffe sind aus unserem Leben nicht  wegzudenken. Gegenüber anderen Werkstoffen haben sie viele Vorteile: Sie lassen sich gut verarbeiten und besitzen eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit. Kunststoffe sind deshalb das bevorzugte Material für Formteile u.a. im Fahrzeug- und Maschinenbau, Elektrotechnik, Elektronik, Medizintechnik, Feinwerktechnik, etc. Allerdings können sich Kunststoffe durch Reibung elektrostatisch aufladen und spontan wieder entladen. Das kann schmerzhaft sein, wie jeder schon einmal am eigenen Leib erfahren hat. Gefährlich wird es, wenn eine solche Entladung während eines Produktionsprozesses auftritt. Dann können Produkte beschädigt oder Explosionen ausgelöst werden. Um das zu vermeiden, werden spezielle, stromleitende Rußpartikel (Leitprimer) in die Oberflächen eingearbeitet. Sie verhindern elektrostatische Spannungen. Der Nachteil: Die Kunststoffe verfärben sich dadurch schwarz und ihr Einsatz ist in einigen Bereichen eingeschränkt.

Eine Pulverlackierung von Kunststoffen ist bisher nur unter großem Aufwand und mit oft unbefriedigendem Ergebnis möglich. Probleme bereiten die Ableitung der Ladung über den isolierenden Kunststoff sowie die beschränkte Haftkraft an der Oberfläche (Adsorption). Forscher vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden und vom Institut für Oberflächentechnik der Hochschule Zittau/Görlitz wollen nun mit einem zweistufigen Verfahren Kunststoffformteile mit antistatischer Oberfläche erzeugen und sie auf Eignung für die Pulverlackierung untersuchen. Im ersten Schritt wird während des Spritzgießprozesses eine dünne Polymerschicht auf das Formteil aufgebracht. Dadurch verbessert sich die Haftkraft an der Oberfläche. Im zweiten Schritt wird dasFormteil in eine wässrige Lösung eines leitfähigen Polymers getaucht. Es lagert sich durch Adsorption an die erste Polymerschicht an und erzeugt eine leitende Oberfläche. Zur Auswahl stehen elektronisch und ionisch leitende Polymere.

Die beschichteten Teile können direkt weiter verarbeitet werden. Da das Auftragen eines rußgefüllten, schwarzen Leitprimers entfällt, sind auch transparente Lackierungen möglich. Das bietet neue Spielräume für das Design der Formteile. Dieser Prozess führt außerdem zu einer besseren Energiebilanz. Es wird ein Prozessschritt eingespart und das bisher eingesetzte Plasmaverfahren durch eine niederenergetische Oberflächenaktivierung abgelöst.

Mehr zum Projekt „Kunststoffformteile mit permanent elektrisch ableitfähiger Oberflächenschicht (IGF-Nr. 18036 BR)

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Werkstück vor dem Metal Dusting

Vorher… [Copyright DECHEMA-Forschungsinstitut]

Ob bei der Nutzung fossiler Rohstoffe oder der Verarbeitung von Biomasse: Synthesegas  und ähnliche Gemische aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf bilden einen wichtigen Zwischenschritt in vielen chemischen Prozessen. Vereinfacht gesagt liefert das Synthesegas – egal woher es stammt – die kleinsten „Bausteine“, aus denen die v

erschiedensten Grundchemikalien aufgebaut werden können.  Seine Umsetzung in der Prozesstechnik stellt jedoch hohe Anforderungen an das Material: In Crack-Anlagen und Reformer-Einheiten der petrochemischen Industrie wird bei Temperaturen zwischen 450 und 900 °C gearbeitet. Unter diesen Bedingungen reagieren die heißen Gase mit dem Anlagenmaterial. Durch die Bildung von Graphit oder Metallkarbiden

Metal Dusting. Bildquelle: DFI

…und nachher [Copyright DECHEMA-Forschungsinstitut]

kann im Werkstoff eine sogenannte „Aufkohlung“ statt.. Dadurch kommt es zu einer Versprödung der Bauteile. Als Extremform tritt bei einer hohen Kohlenstoffkonzentration das „Metal Dusting“ auf. Dabei scheidet sich Kohlenstoff als Koks und Ruß auf der Oberfläche und im Material an den Korngrenzen ab. Das metallische Bauteil zerfällt zu „Staub“, der aus Graphit und Metallpartikeln bzw. Metallkarbiden besteht.

Das Forschungsgebiet der Inhibierung von Aufkohlung und Metal Dusting mittels Beschichtungen ist noch jung. Am DECHEMA-Forschungsinstitut untersuchen Wissenschaftler die Abscheidung von Kohlenstoff auf Werkstoffoberflächen mittels Katalyse. Bisher wurden intermetallische Nickel-Zinn-Schichten untersucht. Sie zeigten eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Aufkohlung und Metal Dusting. Allerdings werden sie vergleichsweise schnell durch Oxidation in synthetischer Luft geschädigt. Da viele Anlagen in Luft hochgefahren werden, muss eine funktionale Beschichtung auch bei höheren Sauerstoffpartialdrücken unversehrt bleiben.

In einem von der Industriellen Gemeinschaftsforschung geförderten Projekt werden daher weitere Konzepte untersucht, um auch in wechselnden Atmosphären (reduzierend und oxidierend) einen guten Schutz vor Metal Dusting zu erreichen. Dabei werden zwei Strategien verfolgt: Es wird untersucht, ob durch die co-Diffusion von oxidschichtbildenden Elementen wie Aluminium oder Chrom in die intermetallische Schicht eine Oxidbarriere über der kohlenstoffbeständigen intermetallischen Phase gebildet wird. Außerdem wird überprüft, inwieweit durch diese oxidationsbeständige Deckschicht über der intermetallischen Nickel-Zinn-Schicht die Schutzwirkung weiter erhöht werden kann.

Als Schwermetall ist Zinn in vielen Anlagen unerwünscht. Außerdem werden die natürlichen Zinnvorkommen in absehbarer Zeit erschöpft sein. Deshalb soll alternativ zur Nickel-Zinn-Beschichtung auch eine zinnfreie-Variante entwickelt werden, die ähnliche katalytische Eigenschaften besitzt.

Wenn es gelingt, eine Beschichtung zu entwickeln, die in reduzierenden/oxidierenden Wechselatmosphären resistent gegen Metal Dusting ist, kann die Laufzeit von Reformern für die Wasserstoffproduktion im mobilen und Kleinanlagensektor erheblich verlängert werden. Auch die Konstruktion der Komponenten im kritischen Temperaturbereich zwischen 400 und 900°C vereinfacht sich. Und zu guter Letzt: Es können kostengünstige Werkstoffe für kritische Bauteile eingesetzt werden.

Mehr zum Projekt Erweiterung des Einsatzbereiches von funktionalen Beschichtungen gegen Metal Dusting für reduzierend-oxidierend wirkende Wechselatmosphären, 16898 N

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