Oberflächentechnik für maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften

Techniken und Verfahren für die Funktionalisierung und Modifizierung von Oberflächen

Die Expertinnen und Experten am Fraunhofer IFAM verfügen über umfangreiche Kenntnisse beim gezielten Modifizieren und Funktionalisieren von Oberflächen. Dies umfasst die Reinigung und Aktivierung ebenso wie eine entsprechende Vorbehandlung vor dem Lackieren und Kleben. Die Anforderungen an technische Oberflächen sind vielfältig und von der jeweiligen Anwendung abhängig. So wird z. B. an Entwicklungen für korrosionsschützende, strömungsgünstige, eis- und schmutzabweisende, antibakterielle, biokompatible oder mit Anti-Fouling-Eigenschaften gearbeitet. Auch spezifische tribologische, optische oder elektrisch Anforderungen sowie die Sensorierung von Oberflächen können bedient werden.

Hier finden Sie einen ersten Überblick über die Verfahren und Funktionalisierungen, die unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beherrschen und die wir zur Beantwortung Ihrer Fragestellungen einsetzen.

Nasschemische Oberflächenbehandlungen

 

Die Kontamination von Oberflächen mit Produktionshilfsmitteln, wie Trennmitteln oder Schmiermitteln, stellt ein häufiges Problem für die anschließende Klebung oder Beschichtung von Bauteilen oder Produkten dar. Bei der Oberflächenbehandlung von Metallen nimmt die nasschemische Vorbehandlung nach wie vor eine Schlüsselrolle in der industriellen Anwendung – z. B. Luftfahrt und Automobilbau – ein: Reinigen (Entfernung von Verunreinigungen aus vorherigen Prozessschritten), Beizen und dekapieren (Entfernung nicht definierter Schichten, Einstellung der Oberflächenrauheit) sowie Schützen und aktivieren (Konversionsschichten, Anodisierung).

Außerdem lassen sich durch nasschemische Prozesse unterschiedliche Funktionsschichten erzeugen, beispielsweise Biokompatibilität, Korrosionsschutz, Verschleißschutz oder elektrische Isolierung. Weitere vorteilhafte Eigenschaften lassen sich auch durch die Kombination nasschemisch erzeugter Schichten mit Verfahren der Plasmatechnik und Lacktechnik erzielen.

Trockenchemische Verfahren: Plasmatechnik, VUV-Technologie und abrasive Technologien

 

Wenn ein Vorbehandlungsverfahren ohne den Einsatz von Chemikalien entwickelt werden soll, greift das Institut auf sein umfassendes Know-how rund um Plasmatechnik, VUV-Technologie und abrasive Technologien zurück. Das zu reinigende Werkstück wird einem Plasma oder der Vakuum-Ultra-Violetten-Strahlung (VUV-Strahlung) eines Plasmas ausgesetzt, was dazu führt, dass organische Kontaminationen durch den Einfluss des Plasmas zerlegt und von der Oberfläche entfernt werden. Starke Verunreinigungen, wie z. B. große Partikel und dickere Kontaminationen, lassen sich durch unterstützende Technologien mit abrasiver Wirkung (bspw. CO2-Schnee-Strahlen, Vakuum-Saugstrahlen, Laser-Ablation) zur Grobreinigung entfernen.

Auch mit trockenchemische Verfahren wie Plasma- und Lasertechnik lassen sich vielfältige Oberflächenfunktionen wie bspw. Haftvermittlung, Trennfähigkeit, Korrosionsschutz, elektrische Isolation sowie Wasser- und Schmutzabweisung realisieren. Das Fraunhofer IFAM hat mit Plasmatechnologie außerdem Beschichtungssysteme entwickelt, welche eine einfache, zerstörungs- und trennmittelfreie Entformung von FVK-Bauteilen ermöglicht.

Funktionelle Lacke und Beschichtungen

 

Oberflächenschutz, inklusive Korrosionsschutz, und Dekoration von Gegenständen sind seit jeher die klassischen Aufgaben für Lacke und Beschichtungen. In den letzten Jahren haben sich – bedingt durch neue technische Möglichkeiten und Rohstoffe – vielfältige Möglichkeiten eröffnet, Gebrauchsgütern durch die Beschichtung innovative Funktionen zu verleihen. Das Fraunhofer IFAM bietet besondere Expertise, wenn es um Strömungswiderstandsenkende, Anti-Eis-, Anti-Fouling- oder Korrosionsschutz-Beschichtungen geht. Aktuelle Entwicklungen haben selbstheilende Beschichtungen mit mikroverkapselten Korrosionsschutzinhibitoren hervorgebracht und neuerdings sind biokompatible und antibakterielle Beschichtungen in den Fokus der Forscherinnen und Forscher geraten.

Drucktechnologien

 

In der industriellen Fertigung besteht ein großer Bedarf an funktionalen Strukturen zur Optimierung der Bauteileigenschaften verschiedenster Komponenten. Zur gezielten Funktionalisierung können Strukturen mit Druckverfahren passgenau an den erforderlichen Bauteilstellen aufgebracht werden. Sensoren oder elektronische Komponenten können so in bestehende Produkte integriert werden und verleihen dem Bauteil zusätzliche oder ganz neue Eigenschaften.

Korrosionsschutz

 

Korrosionsschutz ist ein Thema das am Fraunhofer IFAM interdisziplinär und umfassend bearbeitet wird. Branchen wie der Flugzeugbau, die Schifffahrt, Windenergie, Automobilbau oder auch Elektronikindustrie, um einige zu nennen, profitieren bereits von dem Know-how unserer Expertinnen und Experten aus den Bereichen der Grenzflächen- und Adhäsionsforschung, der Lacktechnik sowie der Plasma- und Lasertechnik und Polymerverguss und –analytik.

Konkrete Probleme mit Korrosion können mit modernsten Untersuchungsmethoden (elektrochemisch, elektronenmikroskopisch, oberflächenanalytisch, etc.) auf ihre Ursache hin analysiert und genau darauf zugeschnittene Schutzmaßnahmen mithilfe unterschiedlichster Technologien entwickelt werden. Das Institut verfügt über ein nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiertes Prüflabor und bietet neben der Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227 eine Vielzahl weiterer Korrosionsprüfungen als Dienstleistung an. Für Teile der Labore am Standort Bremen bestehen darüber hinaus Anerkennungen als unabhängiges Prüflabor nach dem von der Luftfahrtindustrie geforderten Nadcap-System (siehe »Chemical Processing« in der Luftfahrtindustrie nach Nadcap). Außerdem stehen Auslagerungs- und Bewitterungsmöglichkeiten unter einsatznahen Umgebungsbedingungen auf der Hochseeinsel Helgoland, in List auf Sylt, am Leuchtturm »Alte Weser« sowie auf dem Brocken im Harz zur Verfügung.

Biofunktionale Oberflächen und Bioanalytik

 

Oberflächen spielen in der Natur und auch bei fast allen technischen Anwendungen die zentrale Rolle. Bei Implantaten geht es beispielsweise darum, durch die Anbindung ausgewählter Moleküle eine hohe Biokompatibilität bei gleichzeitiger Abwehr von Krankheitskeimen zu gewährleisten. Auch in der medizinischen Diagnostik ist die gezielte Anbindung von Proteinen oder Zellen an Oberflächen von besonderer Relevanz.

Gleichzeitig gibt es aber auch viele Anwendungsgebiete für Oberflächen, bei denen eine Interaktion mit biologischen Materialien unerwünscht ist. Hierzu zählt u. a. die unspezifische Adsorption von Proteinen an Pharmaverpackungen, auf Implantaten, im Bereich von Sensoroberflächen oder auf technischen Oberflächen wie Schiffsrümpfen (»Antifouling«).

In interdisziplinären Forschungsprojekten werden die oben skizzierten Fragestellungen sowohl abteilungsübergreifend im Fraunhofer IFAM als auch mit nationalen und internationalen Partnern bearbeitet. Zur Validierung der generierten Materialien bzw. Oberflächenmodifikationen werden analytische, mikrobiologische oder zellbiologische Testungen in Anlehnung an bestehende Normen durchgeführt.

Technologieübergreifende Beratung zur Realisierung von Oberflächenfunktionen

 

Am Fraunhofer IFAM führt die Kooperation von Expertinnen und Experten verschiedener fachlicher Disziplinen zu neuen Wegen und Lösungen für die Entwicklung von funktionalen Oberflächen. Oftmals ist es sinnvoll, verschiedene Verfahren zu kombinieren, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu realisieren. Wir beraten Sie gerne zu den möglichen Lösungsansätzen für Ihre individuelle Fragestellung und unternehmensspezifischen Anforderungen.