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Frank Simchen – Systematische Elektrolytentwicklung für die plasmaelektrolytische Oxidation von Ventilmetallen

Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) ist ein umweltschonendes Verfahren für die Oberflächenveredelung von Ventilmetallen und ermöglicht die Ausbildung korrosions- und verschleißbeständiger Schichten auf den Leichtbauwerkstoffen Aluminium, Magnesium und Titan sowie deren Legierungen. Im Vortrag wird eine Vorgehensweise gezeigt, die eine systematische Auswahl von Elektrolytbestandteilen gestattet und somit Entwicklungs-aufwand spart.

Im Prozess, der bei hohen Spannungen erfolgt, erfährt das zu beschichtende Bauteil innerhalb eines geeigneten Elektrolytes eine starke anodische Polarisation, welche die Ausbildung eines Passivfilmes – einer umhüllenden Gashülle und letztlich die Initiierung plasmatischer Funkenentladungen – ermöglicht. Letztere durchschlagen vom Elektrolyt ausgehend die Gashülle und den Passivfilm und hinterlassen oxidierte Brennpunkte auf der Bauteiloberfläche. Im weiteren Prozessgeschehen kommt es durch fortgesetzte Oxidneubildungs-, Umschmelz-, und Rücklöseprozesse zur Ausbildung einer keramischen Konversionsschicht deren Zusammensetzung durch Variation des verwendeten Elektrolytes beeinflusst werden kann. Das komplexe Schichtbildungsgleichgewicht basiert neben den verwendeten elektrischen Prozessparametern vor allem auf einer Vielzahl von Wechselwirkungen zwischen dem Substrat und dem Elektrolyten.

Der Vortrag beschäftigt sich mit der Vorstellung potentiodynamischer und impedanzspektroskopischer Messmethoden welche es erlauben, anhand geringer Versuchsvolumina einzelne Substanzen im Elektrolyten funktionell einzuordnen. Hiermit wird es möglich, den Einfluss einzelner Elektrolytkomponenten auf die Substratpassivierung, die Entladungsinitiierung und das Rücklösevermögen der Versuchslösung gegenüber der ausgebildeten PEO-Schicht zu quantifizieren und die Verwendung toxischer Chemikalien zu vermeiden. Abschließend wird ein PEO-Prozess für den Substratwerkstoff Magnesium präsentiert, welcher mit den vorgestellten Methoden entwickelt wurde.

Die Forschungsarbeit wurde aus Mitteln der deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) finanziert (La-1274/34-1).