Was kann innovative Oberflächentechnik zukünftig auch in Extrembereichen leisten?

Das Chromatieren ist die klassische und bekannteste Form der Oberflächenbehandlung, bei der eine schwache Oberfläche durch eine vorteilhaftere Schutzschicht ersetzt wird. Und um nichts anderes geht es in der Oberflächentechnik: einen möglichst engen und unauflösbaren Verbund einer äußeren Schicht mit dem Grundwerkstoff zu erreichen. Neben Korrosionsschutz geht es in der Oberflächentechnik aber immer auch um optische, mechanische und nicht zuletzt thermische Verbesserungen einer Materialoberfläche. 

Oberflächentechnik als wirtschaftliche Alternative zu teuren Werkstoffen
 

Im erweiterten Sinne können alle Verfahrensweisen, die Einfluss auf die Beschaffenheit von Oberflächen nehmen, dem Bereich der Oberflächentechnik zugeordnet werden. Darin wären dann auch Verfahren eingeschlossen, die durch Ummantelung von Werkstoffen für Dämmung und Isolation, also Kälte- und Wärmeschutz sorgen. 

Wann immer ein Werkstoff mit herausragenden Eigenschaften, die für einen bestimmten Einsatzzweck besonders geeignet sind, unverzichtbar ist, kann im Verbund mit den Eigenschaften eines anderen Werkstoffs eine Leistungssteigerung erzielt werden. 

Bei der Herstellung solcher Verbundwerkstoffe spielen vor allem Kostenfaktoren die entscheidende Rolle. Wenn ein preiswertes Ausgangsmaterial den geforderten Spezifikationen einer Anwendung genügt, erweisen sich zusätzliche isolierende oder dämmende Schichten zum Oberflächenschutz meistens als wirtschaftlichere Alternative im Vergleich zur Wahl eines weitaus teureren Werkstoffs, der die gewünschten Eigenschaften bereits mitbringt. 

Oberflächentechnik im engeren Sinne: Oberflächenbehandlung
 

Von Oberflächentechnik ist vor allem dann die Rede, wenn spezielle Vorbehandlungen eines Werkstoffs notwendig sind, um dann eine möglichst stabile Verbindung mit der neu aufzutragenden Schicht eingehen zu können. Schon beim herkömmlichen Lackieren oder Galvanisieren kommen heute vielfältige Technologien zur Vorbehandlung des Grundwerkstoffs zum Einsatz, die neben der restlosen Entfettung, Vorreinigung und Entfeuchtung gründliche Metallabtragungen gewährleisten. 

Solche Verfahren der Oberflächenvorbehandlung sind unter Bezeichnungen wie Nitration, Ionenstrahlbehandlung oder Gasphasenabscheidung geläufig. Wenn man so will, geht es in der Vorbereitungsphase darum, äußere Strukturen in molekularer Größenordnung aufzubrechen, gleichsam zu zerstören, um dann Schicht für Schicht die neue Oberfläche aufzutragen. 

Nach wie vor ist es schwierig, Kunststoffe mit metallischen Schichten zu versehen, die dann dauerhaft bestehen bleiben. Der umkehrte Weg, harte Werkstoffe mit einem weicheren, elastischeren Coating zu überziehen, ist hingegen gängige Praxis. 

Schutz gegen Kälte und Hitze möglich?
 

Verfahren, bei denen schon dünnste Schichten ein hohes Maß an thermischer Isolierung bieten, werden bereits erforscht und können in baldiger Zukunft auch wirtschaftlich attraktiv werden.

Forscher des Fraunhofer Instituts für Oberflächentechnik haben im kleinen Nano-Maßstab erreicht, was bei Baustoffen im größeren Maßstab bereits für isolierende Eigenschaften eines Materials sorgt: der Einschluss von Gasen, um deren wärmedämmende Wirkung zu nutzen. Wenn es gelingt, winzige Partikel mit Gaseinschlüssen fest auf einer metallischen Oberfläche zu verankern, dann gelingt auch eine erstaunliche thermische Schutzwirkung, die selbst im Hochtemperaturbereich um die 1.000 Grad Celsius den Bau von großen Industrieanlagen revolutionieren könnte.

Die Herstellung von Anlagen aus Werkstoffen wie der Industriekeramik, die bereits in vielen Extrembereichen zur Anwendung kommt, lässt sich aus Kostengründen eben nicht auf die großen Dimensionen von Kraftwerken, Turbinen und Verbrennungsanlagen übertragen. Abgesehen davon, dass Metalllegierungen und Industriestahl nach wie vor zu den am leichtesten zu bearbeitenden Werkstoffen zählen, geht es beim Schutz vor extremen Wärme- und Kälteeinflüssen vor allem darum, einer absehbaren Materialermüdung vorzubeugen. Jede Strapaze von außen dringt zusehends immer weiter ins Innere einer Materialstruktur vor. Kälte führt zum sogenannten Sprödbruch, Hitze zu Dehnungsbrüchen. 

Pulverbeschichtung auch in Zukunft das bevorzugte Verfahren
 

Die Technologie, mittels derer sich auch Nano-Partikeln mit besonderen Hightech-Eigenschaften auf großdimensionierte Bauteile auftragen ließen, existiert bereits und ist in der Industrie mittlerweile längst als gängiges und wirtschaftliches Verfahren etabliert, das sich gegen die klassischen Beschichtungsverfahren durchgesetzt hat: die Pulverbeschichtung.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht zudem darin, Oberflächen nicht nur optisch, sondern auch mechanisch zu veredeln. Die Oberflächen werden zusätzlich gehärtet und zudem – anders, als es bei Lackierverfahren der Fall ist – tatsächlich untrennbar mit dem Ausgangsmaterial verbunden. Aluminium, Stahl und Zink sind die meistverwendeten industriellen Metalle, in denen die Veredelung durch Pulverbeschichtung zur Anwendung kommt. 

Oberflächentechnik ist ein Veredelungsverfahren für Werkstoffe, das immer mehr Extrembereiche erschließt
 

Gegen die Strapazen des industriellen Alltags bieten klassische Verfahren, zu den längst die Pulverbeschichtung gehört, bereits ein hohes Maß an Schutz. Korrosionsbeständigkeit und besserer Schutz vor Abrieb oder Steigerung der Gleitfähigkeit von Materialien sind mittlerweile problemlos zu erzielen. 
Der nächste Schritt wird darin bestehen, auch thermische Isolierungen und Dämmungen in möglichst nano-dünnen und unablösbaren Schichten auf einer Oberfläche zu verankern.