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GGB - Innovating Tribological Solutions

Oberflächenbeschichtung

Arten von Oberflächenbeschichtungen

Per Definition ist eine Beschichtung eine Deckschicht, die auf die Oberfläche eines Objekts (Substrat genannt) aufgetragen wird und verschiedene Funktionen haben kann, wie z. B. dekorativ, funktional oder beides [1].

Beispiele für Oberflächenbeschichtungen sind:
  • Anstriche, die zum Schutz der Innen- und Außenwände von Gebäuden und Häusern entwickelt wurden
  • Industrielacke zum Schutz mechanischer Komponenten vor chemischer Korrosion und Witterungseinflüssen.
  • Tribologische Beschichtungen, die entwickelt wurden, um die Reibung zu verringern und die Verschleißfestigkeit von Oberflächen, die miteinander in Kontakt kommen, zu verbessern.

Polymerbeschichtungen, die auf ein Substrat aufgebracht werden sollen, bestehen zunächst aus einer Beschichtungsmasse, die konform zur Geometrie des Teils aufgetragen wird. Diese wird dann getrocknet und ausgehärtet, um die endgültige funktionelle Beschichtung zu bilden.

 

Arten von Oberflächenbeschichtungen

  • Metallische Beschichtung

    Metallbeschichtungen bestehen in der Regel aus einer Schutzschicht auf dem metallischen Substrat, die korrosionsbeständig ist und die Oberfläche vor Umwelteinflüssen schützt. Dies geschieht durch Veränderung der Eigenschaften der Metalloberfläche selbst [2].
    Es gibt verschiedene Techniken, um metallische Beschichtungen auf eine Oberfläche aufzubringen. Einige Beispiele von Techniken zur Aufbringung/Verwendung metallischer Beschichtungen sind:

     

    • Feuerverzinkung: ein Verfahren zur Beschichtung von Eisenwerkstoffen mit einer Zinkschicht durch Eintauchen in geschmolzenes Zink bei hohen Temperaturen. Am Ende des Prozesses befindet sich Zinkkarbonat (ZnCO3) auf der Oberfläche. Dadurch ist die Stahloberfläche aufgrund der Festigkeit und Stabilität vor Korrosion und Kratzern geschützt. 
    • Galvanische Beschichtung: Beschichtung einer Metalloberfläche mit einem anderen Metall durch Elektrolyse, um die Korrosionsbeständigkeit des Metallsubstrats zu erhöhen. 
    • Eloxieren: Es handelt sich um ein Verfahren zur Erhöhung der Dicke der natürlichen Oxidschicht von Metallen mit Hilfe eines elektrolytischen Passivierungsverfahrens. Der Begriff "Anodisierung" kommt von der Verwendung der zu behandelnden Teile als "Anode" in der elektrolytischen Zelle. 

     

  • Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung (DLC)

    DLC oder diamantähnliche Kohlenstoffstrukturen sind metastabile Formen von amorphem Kohlenstoff (in der sp3-Form) mit hoher mechanischer und chemischer Beständigkeit, mehr oder weniger Flexibilität sowie optischen Eigenschaften je nach verwendetem amorphem Kohlenstoff [3]. DLC Beschichtungen sind aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums eine der am häufigsten verwendeten Kohlenstoffbeschichtungen. Sie können als Schutzschicht für optische Fenster, Magnetspeicherplatten, Autoteile usw. verwendet werden. 

    Diese Beschichtungen werden im Allgemeinen mit PVD-Verfahren wie Sputtern, Ionenstrahl, gepulster Laserdeposition und kathodischen Vakuumbogensystemen hergestellt. Diese Techniken beruhen meist auf Abscheidungsverfahren, bei denen Kohlenstoffatome mit einer konstanten und bekannten Energiemenge geladen und dann auf das Substrat "geschossen" werden. Die Energiemenge pro Ioneneinheit ist bei jeder Abscheidungstechnologie unterschiedlich. Daher weisen die mit verschiedenen Abscheidungstechniken hergestellten DLC Schichten unterschiedliche Eigenschaften auf. 

    Seit einiger Zeit wird über DLC Beschichtungen als tribologische Beschichtung berichtet, da sie aufgrund ihrer hohen abrasiven/adhäsiven Verschleißfestigkeit hervorragende Eigenschaften unter hohen Belastungen aufweisen. Bei eisenhaltigen Trägermaterialien muss jedoch sichergestellt werden, dass die Beschichtung keinen hohen Temperaturen ausgesetzt wird, da sonst das Substrat (oder die tribologische Gegenfläche) aufkohlen könnte, wobei Kohlenstoff aus der Beschichtung absorbiert und ihre Härte verringert wird. 

  • Keramische Beschichtung

    Keramische Beschichtungen können in ihrer Zusammensetzung stark variieren, ohne ihre keramischen Eigenschaften zu verlieren. Diese Beschichtungen können auch durch physikalische oder chemische Abscheidung aus der Dampfphase hergestellt werden, eignen sich aber auch für thermische Spritzverfahren wie Hochgeschwindigkeits-Flamm- (HVOF) oder Kaltgasspritzen. Bekannte Beispiele für keramische Beschichtungen sind Aluminiumoxid-Beschichtungen aus Al3O2 und Siliziumkarbid (SiC). Es gibt eine sehr umfangreiche Anzahl solcher Beschichtungen, die ständig erweitert wird.

  • Hybride Keramik-Polymer-Beschichtung

    Hybride Keramik-Polymer-Beschichtungen werden durch synthetisches Siliziumdioxid oder Komponenten auf Siliziumdioxidbasis in ihrer Hauptstruktur hergestellt. In der Regel werden diese Beschichtungen durch Sol-Gel-Verfahren erzeugt.  
    Hybride Keramik-Polymer-Beschichtungen zeichnen sich durch hohe Kratzfestigkeit und Härte sowie durch chemische und thermische Stabilität, kontrollierbare Porosität, biologische Inertheit und hohe Transparenz aus [4]. 

    Diese Beschichtungen können aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Das Sol-Gel-Verfahren selbst ist ein kosteneffizienter Ansatz zur Funktionalisierung und Ausstattung von Oberflächen mit verbesserten Eigenschaften. 

  • Polymer Beschichtungen

    Polymerbeschichtungen sind Schichten aus Polymeren (gemeinhin als Kunststoffbeschichtungen bezeichnet), die als PTFE Beschichtung auf Oberflächen aufgebracht werden und der beschichteten Oberfläche funktionelle, dekorative oder schützende Eigenschaften verleihen.   

    Polymere Werkstoffe haben aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften, ihrer Kosteneffizienz und ihrer Anpassungsfähigkeit ein breites Spektrum an Anwendungen. 
    Obwohl die Wissenschaft der Polymersynthese eine ausgezeichnete Kontrolle der Eigenschaften des Polymermaterials in loser Form ermöglicht, gibt es eine große Anzahl von Variationen, die untersucht werden, wenn es um das Verständnis der Oberflächeninteraktionen und des Polymers als Beschichtung geht. Die gesamte Anwendbarkeit dieser Materialien in Form von Beschichtungen, ihre Wechselwirkungen mit Substraten und Gegenflächen (bei tribologischen Anwendungen) wird von der Oberflächenwissenschaft bestimmt und kann von der Formulierung der polymeren Beschichtungsstoffe bis zu ihrer Herstellung und Anwendung reichen. 

    Es gibt eine große Vielfalt an Polymeren (oder Polymermischungen), die als Basis für dünne Polymerfolien verwendet werden können, sowie an (organischen oder anorganischen) Füllstoffen, die eine aktive Funktion auf die Beschichtung haben können. Beispiele für diese Füllstoffe sind Pigmente (in der Regel anorganisch), die der Beschichtung Farbe und Opazität verleihen, oder Polytetrafluorethylen, PTFE (organisch), dass die Reibung in der Oberfläche der Beschichtung verringert. 

  • Definition der Lackschicht (in Polymerbeschichtungen)

    Lack ist ein allgemeiner Begriff für eine Mischung/Suspension verschiedener Bestandteile wie Pigmente, Harze/Bindemittel/Grundstoffe, Träger/Lösungsmittel und Zusatzstoffe in flüssiger oder pastöser Form. 

    Es gibt zwei verschiedene Arten von Lackensuspend: 

    • Pulverbeschichtungen: bestehen zu 100% aus einer Mischung aktiver Materialien in Pulverform. 
    • Flüssiglacke: bestehen aus einer Mischung von 4 Arten von Komponenten
    1. Füllstoffe sorgen für funktionelle und/oder ästhetische Eigenschaften (zu denen auch Pigmente gehören können).
    2. Bindemittel "binden" die Füllstoffe zusammen und bilden den Lackfilm.
    3. Lösungsmittel/Träger* sind Flüssigkeiten, die die Inhaltsstoffe suspendieren und es ermöglichen, Lack auf eine Oberfläche aufzutragen, und die beim Trocknen/Härten der Beschichtung vollständig freigesetzt werden. Bei den Lösemitteln kann es sich um organische Lösemittel oder Wasser handeln. 
    4. Zusatzstoffe sorgen für bestimmte Lackeigenschaften und/oder können die Qualität des Lackfilms verbessern. 

    * Es gibt einen Fall von Bindemitteln, die kein Lösungsmittel/Träger benötigen und flüssig bleiben, um die übrigen Zusatzstoffe zu integrieren.

    In der Kategorie der Flüssiglacke ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass das Bindemittel in zwei verschiedenen Formen erhältlich sein kann:

    • Beschichtungen auf Lösungsbasis: Hier wird das Bindemittel zunächst zu einem flüssigen Harz aufgelöst und dann die übrigen Komponenten integriert.
    • Beschichtungen auf Dispersionsbasis: Das Bindemittel kann in keinem industriell verfügbaren Lösungsmittel gelöst werden und muss in das Lösungsmittel dispergiert werden, um dann die Füllstoffe zu integrieren. Auch in diesem Schritt ist es zwingend erforderlich, dass das Bindemittel die Fähigkeit besitzt, einen Film zu bilden. Ein Beispiel ist ein thermoplastisches Polymermaterial, wie Polyetheretherketon (PEEK).

    Lacke werden üblicherweise mit Pinseln, Rollen oder als Spray auf Oberflächen eines Gegenstands aufgebracht, um einen dünnen trockenen Film zu bilden. 

[1] https://www.dictionary.com/browse/coating.  - cited 2022.
[2] https://www.corrosionpedia.com/definition/5682/metallic-coating.  - cited 2022.
[3] Robertson, J. (2002). "Diamond-like amorphous carbon". Materials Science and Engineering: R: Reports. 37 (4–6): 129–281. doi:10.1016/S0927-796X(02)00005-0.
[4] Handbook of Nanomaterials for Manufacturing Applications. A volume in Micro and Nano Technologies Book, 2020

GGB Polymer Beschichtungen

Durch die Kombination unseres Fachwissens in den Bereichen Tribologie, Technik und Polymerwissenschaft und unserer langjährigen Erfahrung mit Innovationen in der Gleitlagertechnik haben wir unsere TriboShield® Standardpolymerbeschichtungen für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen entwickelt. Unsere TriboShield® Polymere können auf nahezu jede Oberfläche aufgetragen werden und bieten ein nahezu unbegrenztes Potenzial. Sie liefern verbesserte tribologische Eigenschaften und sind so formuliert, dass sie dazu beitragen, diese Herausforderungen zu meistern und die Konstruktion und Herstellung von Bauteilen zu revolutionieren.
TriboShield® Beschichtungen bieten den Vorteil geometrischer Freiheit für Gleitflächen und können praktisch jede Form oder Oberfläche beschichten und so zur Verbesserung der Leistung beitragen:

  • Geringere Reibung
  • Erhöhte Verschleißlebensdauer
  • Reduzierte Systemgeräusche
  • Verbesserte Korrosionsbeständigkeit

Polymerbeschichtungen können eine effektive und umweltfreundliche Lösung sein, um Hartchrom, NMP und PTFS zu ersetzen.

 

Die GGB Polymer Pyramide

 

Unsere technischen  TriboMate® Lösungen sind speziell für die Kombination mit Ihren bestehenden Gleitlagern und Polymerbeschichtungen entwickelt worden, um deren Leistung zu verbessern. Diese Polymerbeschichtungslösungen sorgen für geringe Reibung und reduzierten Verschleiß und können die Leistung anderer GGB Produkte verbessern, wenn sie entweder mit einer anderen Beschichtung oder mit einem GGB Gleitlagerwerkstoff kombiniert werden und eine umweltfreundliche Lösung darstellen.

GGB TriboMate gepaarte Beschichtungen für niedrigen Verschleiß

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