So leicht wie Kunststoff, so stabil wie Metall

Das thermische Spritzen, ein Verfahren zur Kunststoffbeschichtung, wird an der TU Chemnitz noch energie-effizienter gemacht. Die Forscher kombinieren die Vorteile hochsteifer Strukturen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit den Eigenschaften beständiger thermischer Spritzschichten.

Materialverbindungen aus Kunststoffen und Metallen sind die Grundvoraussetzungen für Energieeinsparungen in Industrie und Technik. Solche Bauteile können mithilfe des sogenannten thermischen Spritzens hergestellt werden, das von Wissenschaftlern der Technischen Universität Chemnitz weiterentwickelt wird.

„Dieses Verfahren haben wir mit einer speziellen Pulsmodulation für die zum Zerstäuben aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffe ausgestattet“, sagt Gerd Paczkowski, der an der Weiterentwicklung des thermischen Spritzens mitarbeitet.

Unter thermischem Spritzen versteht man solche Verfahren, bei denen Materialien in Pulver- oder Drahtform unter dem Einfluss hochkinetischer Gasströmungen verarbeitet werden. Der Unterschied zwischen den einzelnen Technologien besteht in der Bereitstellung der für den Beschichtungsprozess benötigten Energie. Dies geschieht entweder in Plasma- oder in Flammenform.

Bei allen Verfahren werden Gase erzeugt, die infolge einer Impulsübertragung den aufgebrachten Werkstoff beschleunigen und durch Wärmeübertragung die Materialfraktionen ganz oder teilweise aufschmelzen.

Die Innovation der Chemnitzer Wissenschaftler liegt in einer sinusähnlichen Beaufschlagung der Gasphase. Das Gas erreicht Geschwindigkeiten von mehr als 450 Metern pro Sekunde und zerstäubt schlagartig den aufgeschmolzenen Werkstoff. „Das Besondere dabei ist, dass wir so eine Reduzierung der störenden Nachlaufgebiete, also der Wirbelgebiete, hinter den Drähten erreichen“, sagt Paczkowski.

Die so erzeugten Schichten zeichneten sich durch ihre hohe Dichte, die niedrige Oxidation und die materialschonende Verarbeitung des Beschichtungswerkstoffes aus, so Paczkowski. „Außerdem wird teures und energieintensives Zerstäubergas eingespart.“

Dabei wird eine hybride Kugelgewindespindel verwendet. Diese besteht im Kern aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, auf den mehrere Lagen Metall aufgespritzt sind. „Dieses Konzept ist auf dem Gebiet der Wälzschraubtriebe einzigartig“, so Paczkowski. Es kombiniere die Vorteile hochsteifer Strukturen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit den Eigenschaften beständiger thermischer Spritzschichten im Zentimetermaßstab.

Die Wissenschaftler wollen die Technologie in neuen Märkten und Anwendungsfeldern etablieren, wobei der Fokus auf energieeffizienter und ressourcenschonender Produktion liegt.

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