Ein Pulver, das es in sich hat

Ein neues effizientes Verfahren für Pulverbeschichtungen senkt den Energieverbrauch gegenüber konventionellen Ofenprozessen um bis zu 90 % und bietet darüber hinaus weitere Vorteile.

Viele industrielle Anwendungen, z. B. im Maschinen- und Automobilbau, sind durch hohe Reib- und Verschleißbeanspruchungen bei gleichzeitig höchsten Anforderungen bezüglich Temperaturbelastung und Korrosionsbeständigkeit geprägt. Dies macht häufig den Einsatz spezieller Beschichtungen, sogenannter tribologischer Beschichtungen erforderlich. Für derartige Anwendungen sind insbesondere Hochleistungspolymere prädestiniert.

Das Chemieunternehmen Evonik hat mit seinem Hochleistungs- Pulvermaterial PEEK (Polyetheretherketon) die Basis für eine Beschichtung geschaffen, die aufgrund ihrer sehr hohen mechanischen, thermischen und chemischen Beständigkeit optimal für oben beschriebene Beanspruchungen geeignet ist und mit einem völlig neuen Produktionsverfahren appliziert werden kann.

Konventionelle Beschichtungsverfahren umfassen in der Regel mehrere Schritte: eine chemische Bauteilreinigung sowie eine Vorbehandlung des Bauteils mittels  Strahlmedien, einen Schichtauftrag in Pulverform mit einem Materialverlust von bis zu 70 % 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.

Mit dem neuen laserbasierten Schmelzverfahren können haftfeste PEEK-Schichten auf Aluminium und Stahl sowohl mit PEEK-Pulver als auch mit Dispersionen hergestellt und charakterisiert werden. Der zentrale Innovationsgehalt dieses

neuen Verfahrens besteht in der signifikanten Verbesserung der Energieeffizienz, da lediglich das Beschichtungsmaterial und eine dünne Randschicht des Bauteils mittels Laserstrahlung erwärmt werden. Berechnungen zeigen einen um bis zu 90 % reduzierten Energieverbrauch gegenüber Ofenprozessen – je nach Größe des Bauteils und der Beschichtungsfläche. Zudem reduziert sich der Materialverlust bei der Schichtapplikation nachhaltig und die Vorbehandlung mittels Strahlmedien sowie die chemische Bauteilreinigung entfallen dank der Laservorbehandlung.

Damit sollen in Zukunft metallische Komponenten wie Kolben oder Lagerschalen in Verbrennungsmotoren oder Metallbauteile in Klimakompressoren oder Heizflächen in der Lebensmittelherstellung bzw. in Kleingeräten wie dem klassischen Waffeleisen beschichtet werden können.

Das neue Verfahren ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit der Unternehmen BECHEM, Clean-Lasersysteme, Evonik und Fraunhofer ILT im Abschluss des von der Landesregierung Nordrhein-Westfalen und der  Europäischen Union geförderten Forschungsprojekts „Enlapro“.*

Auf Basis von VESTAKEEP PEEK von Evonik stellte BECHEM eine wasserbasierte PEEK-Dispersion als eine notwendige Bedingung für den Einsatz von Tauch-, Druck- und Sprühverfahren (ohne elektrostatisches Sprühen) her.

Bekannterweise kann deutschlandweit kein anderes Unternehmen stabile PEEK-Dispersionen in verschiedensten Viskositäten produzieren.

* Projektpartner des durch die Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung geförderten Projekts (Förderkennzeichen: EFRE-0801268) 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).

Fachwissen

Dipl.-Chem. (FH) Florian Paland
Head of R+D Anti-Friction Coatings