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WARUM TITAN EINE GEZIELTE OBERFLÄCHENVORBEHANDLUNG BRAUCHT | Titan verbindet hohe spezifische Festigkeit, geringe Dichte und sehr gute Korrosionsbeständigkeit mit ausgezeichneter Biokompatibilität. Deshalb wird der Werkstoff unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, chemischen Industrie und im Leichtbau eingesetzt. Gleichzeitig stellt die sehr stabile natürliche Oxidschicht hohe Anforderungen an die Oberflächenvorbehandlung: Für Kleben, Beschichten, Fügen oder funktionale Oberflächen müssen Reinheit, Rauheit, Benetzbarkeit und Oberflächenchemie gezielt eingestellt werden. Die nasschemische Vorbehandlung umfasst Reinigungs-, Beiz-, Polier- und Oxidationsprozesse. Ziel ist eine reproduzierbar funktionalisierte Oberfläche als Grundlage für nachfolgende Beschichtungen, Klebprozesse oder funktionale Anwendungen. Die Verfahren lassen sich spezifisch auf verschiedenste Titanlegierungen anwenden.

Klebende Bauteile, hohe Auswerferkräfte oder instabile Entformungsprozesse, insbesondere durch Belagsbildung, zählen zu den häufigsten Herausforderungen im Spritzguss. Besonders bei hochglänzenden Oberflächen, Mikrostrukturen, technischen Kunststoffen oder engen Prozessfenstern entstehen oft hohe Entformungskräfte oder Beläge, die zu Ausschuss, Werkzeuganpassungen und ungeplanten Stillständen führen. Mit plasmabasierten UltraPLAS®-PECVD-Trennschichten lassen sich Adhäsion und Reibung gezielt beeinflussen, um Entformungsprobleme dauerhaft zu reduzieren – ohne Übertragung auf das Bauteil und ohne Veränderung der Werkzeuggeometrie. Zudem eröffnet sich die Möglichkeit, das Prozessfenster beim Spritzguss zu erweitern.

URSACHEN VERSTEHEN, BELÄGE ENTFERNEN, PROZESSE STABILISIEREN | Beläge (Plate-out) im Spritzgießwerkzeug zählen zu den häufigsten Ursachen für instabile Prozesse, Qualitätsprobleme und steigende Entformungskräfte. Da die Belagsbildung oft schleichend erfolgt, werden die Auswirkungen häufig erst erkannt, wenn bereits erheblicher Reinigungs- oder Wartungsaufwand entstanden ist. Mit einer systematischen Ursachenanalyse, geeigneten Reinigungsverfahren und passenden Werkzeugoberflächen lassen sich Beläge gezielt reduzieren und die Prozessstabilität nachhaltig verbessern.

URSACHEN ERKENNEN, PROBLEME NACHHALTIG LÖSEN | Beläge in Spritzgießwerkzeugen sind mit verschiedenen Fehlerbildern verknüpft und können die Produktivität von Werkzeugen wesentlich einschränken. Beispielsweise führen größere Ansammlungen von Belägen zu einem Prozessabbruch und einer Reinigung, wenn inakzeptable Abdrücke oder Glanzstellen in den Oberflächen von Formteilen auftauchen. Aber auch dünnste, nicht sichtbare Beläge können kritisch sein und ein Kleben im Werkzeug und damit Entformungsprobleme auslösen. Die materialbedingten Ursachen von Ablagerungen, etwa Additive, Verunreinigungen oder Zersetzungsprodukte, können analytisch untersucht und identifiziert werden. Eine Belagsanalyse schafft die Grundlage, um nicht nur Symptome zu beseitigen, sondern die eigentliche Ursache der Belagsbildung zu verstehen und gezielt anzugehen.

ENTFORMUNGSPROBLEME UND BELAGSBILDUNG IM SPRITZGUSS GEZIELT REDUZIEREN | Hohe Auswerfer- und Entformungskräfte, klebende Bauteile und Belagsbildung zählen zu den häufigsten Ursachen für Spritzgießfehler und instabile Prozesse. Die Beschichtung von Spritzgusswerkzeugen kann in solchen Situationen helfen und eine günstige Alternative zu aufwändigen Werkzeugmodifikationen darstellen. Werkzeugbeschichtungen beeinflussen die Ursachen von Entformungsproblemen und Belagsbildung. Diese sind selten das Resultat eines einzelnen Faktors, sondern vielmehr das Ergebnis des Zusammenspiels aus Kunststoff, Werkzeugoberfläche und Prozessführung. Wir unterstützen Industriepartner dabei, diese Zusammenhänge zu verstehen und gezielt zu lösen. Unsere Kompetenzen liegen in einer fundierten Ursachenklärung, der generellen Empfehlung von Beschichtungen für den Spritzguss, der Schichtentwicklung (Werkzeugbeschichtung UltraPLAS®) und der anwendungsnahen Umsetzung im realen Prozess.

Die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) ist eine der leistungsfähigsten Methoden zur chemischen Analyse von Oberflächen. Sie liefert detaillierte Informationen über die Elementkonzentrationen, chemischen Bindungszustände und Oxidationsstufen der äußersten 1-10 Nanometer eines Materials. Zudem ist auch eine Sputter-Tiefenprofilierung möglich. Damit ist XPS unverzichtbar für Schadensanalytik, Qualitätssicherung und Materialforschung – insbesondere in der Elektronik, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Kunststoff- und Lackindustrie.

Die Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) ist eine hochempfindliche Methode zur Analyse der molekularen Zusammensetzung von Oberflächen. ToF-SIMS ist unverzichtbar für industrielle Schadensanalyse und Qualitätssicherung und eignet sich ideal zur Aufklärung von Schichtaufbauten, Identifikation filmischer oder partikulärer Kontaminationen und Schadensanalyse an Beschichtungen, Klebungen und Lackierungen – zum Beispiel in der Elektronik, Medizintechnik, Kunststoff- und Lackindustrie oder in der Materialforschung.

Die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) ist eine zentrale Methode zur Topografieanalyse und charakteristischen Materialuntersuchung auf der Nanometerskala. Mit höchster lateraler und vertikaler Auflösung liefert AFM detaillierte Informationen über Oberflächenstrukturen, Rauheit und lokale Materialeigenschaften. Zudem wird die Rasterkraftmikroskopie zur Korrelation mechanischer, elektrischer und chemischer Eigenschaften eingesetzt.

Ober- und Grenzflächen spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität und Leistungsfähigkeit zahlreicher Produkte und industrieller Prozesse. Bereits geringste Verunreinigungen können Beschichtungs- und Fertigungsprozesse beeinflussen und deren Funktionalität stören. Dies betrifft unter anderem Anwendungen in den Bereichen Kleben, Lackieren, Drucken und Metallisieren. Das Fraunhofer IFAM bietet eine breite Palette an Untersuchungsmethoden zur umfassenden chemischen und strukturellen Analyse von Oberflächen auf der Nanoskala an.

In der Arbeitsgruppe Weichmagnetische Werkstoffe werden innovative Pulvertechnologien zur Herstellung weichmagnetischer Komponenten eingesetzt, um besondere Eigenschaftsprofile einzustellen.