Mit der Beschichtungsmethode Aerosol Deposition können Keramikbeschichtungen wirtschaftlich hergestellt werden. Dies ermöglicht erstmals Nickel-Phosphor-freie Friction Shims für Einsatztemperaturen bis zu 700° C.
Reibkraftverstärkende Unterlegscheiben, sogenannte „Friction Shims“, werden in Anwendungen benötigt, in denen hohe Drehmomente übertragen werden, ohne die Bauteile massiver auslegen zu müssen. Derzeit werden sie mit Nickel-Phosphor beschichtet, in den Diamanten eingelagert sind. Dies erhöht die Reibkraft der Scheiben und erzeugt damit eine festere Verbindung zwischen zwei Bauteilen. Die Größe und Anzahl der Diamanten werden auf die Oberfläche der zu verbindenden Komponenten angepasst.
Versechsfachung der Reibkraft
Keramikbeschichtungen bieten nun eine Alternative zum herkömmlichen Verfahren. Die benötigte Rauheit und Festigkeit wird erzielt, in dem die Oberfläche selbst strukturiert und dann mit Keramik beschichtet wird, zum Beispiel Aluminiumoxid. Diese Kombination ermöglicht nach aktuellen Ergebnissen mindestens eine Versechsfachung der Reibkraft im Vergleich zur unbehandelten Oberfläche. Verglichen mit der herkömmlichen Beschichtung kann so der teure Rohstoff Diamant eingespart und gleichzeitig auf gesundheitsschädlichen Nickel-Phosphor verzichtet werden. Dies ist insbesondere relevant wegen den stetig steigenden Anforderungen an Arbeitssicherheit in Fertigungsprozessen durch gesetzliche Bestimmungen.
Die Keramik erhöht zudem die Einsatztemperatur um etwa das Doppelte. Bisherige Beschichtungen sind nur bis 400°C einsetzbar und elektrisch leitend, was ihre Einsatzbereiche limitiert. Mit Keramikbeschichtung können sie bis zum Temperaturlimit der Scheibe, in der Regel 700°C, eingesetzt werden und zusätzlich elektrisch isolierend wirken.
Dünne Keramikbeschichtungen ab 0,5 µm
Herkömmliche Methoden zur Keramikbeschichtung sind nicht in der Lage, die benötigten wenige µm dünnen Schichten herzustellen. Hier kommt die Aerosol Deposition ins Spiel. „Die Aerosol Deposition ermöglicht dünne Beschichtungen mit Keramik wie zum Beispiel α-Al2O3 kostengünstig bei Raumtemperatur.“ Erläutert Ilka Luck, Leiterin von Heraeus High Performance Coatings. „Auch deshalb haben wir die Methode in den letzten Jahren für den industriellen Einsatz weiterentwickelt.“ Andere Methoden zur Keramikbeschichtung erfordern hohe Temperaturen und eine aufwändige Vorbearbeitung des Substrats. Beides ist für die Aerosol Deposition nicht erforderlich. Zudem zeichnet sie sich durch herausragende Haftung und Dichte aus. Gerade deshalb eignet sie sich ideal für Anwendungen, in denen hochleistungsfähige Beschichtungen benötigt werden.
Friction Shims verschieben Leistungsgrenzen
Friction Shims sind sehr dünne Scheiben oder Folien aus Stahl, deren Oberfläche gehärtet und strukturiert wird, so dass sie sich in die weicheren Gegenflächen eindrückt. Die dadurch erhöhte Festigkeit der Verbindung zwischen zwei Bauteilen ermöglicht das Drehmoment zu erhöhen oder Bauteile bei gleicher Leistung zu verkleinern. Deshalb werden sie in zahlreichen Anwendungen benötigt, in denen es auf leistungsstarke aber immer kompaktere und leichtere Konstruktionen ankommt. Zum Beispiel in der Antriebstechnik, Windkraftanlagen, der Robotik oder in der Automobilindustrie.