Maximale Leistung durch Überschallgeschwindigkeit
Beschichtungen werden gemeinhin verwendet, um die Eigenschaften von Substratmaterialien zu verbessern. Zum Beispiel werden Maschinenteile beschichtet, um Verschleiß und Abnutzung zu verringern, und Medizinprodukte werden beschichtet, um die Haltbarkeit zu verbessern und die Biokompatibilität sicherzustellen. Der Markt ist groß und stark umworben. Europäische Wissenschaftler initiierten das von der EU geförderte Projekt "Supersonic deposition of nanostructured surfaces" (SUPERSONIC)(öffnet in neuem Fenster), um nanostrukturierte Beschichtungen aus multifunktionalen, reaktiven Nanopulvern zu entwickeln. Das Grundprinzip lautet: Energierückstände von unvollständigen chemischen Reaktionen innerhalb der Nanopulver werden während der Überschall-Beschichtung nutzbar gemacht. Im Zuge des Kaltspritz- bzw. Überschall-Beschichtungsverfahrens werden Partikel in einem erhitzten Gasstrom über eine Überschalldüse beschleunigt und an das Substrat gebunden. Die hohe Aufprallgeschwindigkeit sorgt wie bei Festbrennstoff dafür, dass die gespeicherte Energie freigesetzt wird, sodass weniger Energie erforderlich und eine bessere Partikelbindung an das Substrat möglich ist. Das Kaltspritzverfahren liefert bereits vielversprechende Ergebnisse. Durch das SUPERSONIC-Projekt konnten große technische Barrieren zur großflächigen Umsetzung und zur Schaffung einer neuen europäischen Herstellungsplattform für hochleistungsfähige Produkte überwunden werden. Mechanochemische Reaktionen in einer Hochenergie-Kugelmühle wurden für die Nanopulverherstellung genutzt. Beschichtungen wurden durch das Kaltspritzverfahren oder durch das dynamische Kaltgasspritzverfahren aufgetragen. Die Wissenschaftler wählten drei industrielle Anwendungsbereiche: Stützträger im Luft- und Raumfahrtbereich, mechanische Bauteile für Automotoren und biomedizinische Beschichtungen für orthopädische Implantate. Das SUPERSONIC-Team entwickelte erfolgreich reaktive Nanopulver, die sich für die Überschall-Beschichtung über das dynamische Kaltgasspritzverfahren eignen sowie fortschrittliches und zuverlässiges Equipment für die Spritzbeschichtung. Das Hochenergie-Kugelmühlenverfahren und das Spritzverfahren für sowohl minimal als auch hochreaktive Beschichtungen wurden erfolgreich in die Herstellungskette integriert. Diese wurden dazu verwendet, harte und dichte Beschichtungen herzustellen, die gegenüber herkömmlichen Materialien und Verfahren verbesserte Eigenschaften aufweisen. Aufgespritzte Überschall-Beschichtungen weisen unter trockenen und feuchten Bedingungen gute tribologische Eigenschaften auf und sind für die Wirtschaft von großem Interesse. Die Ergebnisse des SUPERSONIC-Projekts verdeutlichen die Umsetzbarkeit und Kosteneffektivität der Technologie und ermöglichen somit deren Marktfähigkeit. Die Präsentation der Ergebnisse in mehr als 20 Artikeln von Fachzeitschriften und eine Beteiligung an knapp 30 Veranstaltungen stellt sicher, dass ein Bewusstsein für das Potenzial dieser Technologie geschaffen wird.