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Lucas Gerads – Plasmaelektrolytische Oxidation mit Wechselstrom auf zwei asymmetrischen Elektroden

Plasmaelektrolytische Oxidation (PEO), auch bekannt unter den Bezeichnungen Plasmachemische Oxidation (PCO) oder Microarc-Oxidation (MAO), ist ein Prozess zur Schaffung von keramikartigen Schichten auf Leichtmetallen wie Aluminium, Titan und Magnesium.

Wie beim konventionellen Anodisieren findet der Beschichtungsprozess bei der PEO auf der Anode statt. Ein Hauptunterschied zum Anodisieren besteht darin, dass bei der PEO das Anodenpotential die dielektrische Durchschlagsspannung erreicht, welches elektrische Entladungen auf der Oberfläche auslöst. Die resultierende Schicht zeichnet sich durch interessante optische Eigenschaften, hohe Haftfestigkeit, elektrische Isolation, gute tribologische Eigenschaften sowie Biokompatibilität aus.

Es hat sich gezeigt, dass durch eine Wechselstrombeschichtung die Schichteigenschaft sich weiter verbessern lassen. Wird mit Wechselstrom beschichtet, ist es außerdem möglich, zwei Werkstücke gleichzeitig zu beschichten, da in Abhängigkeit der Wechselstrom-Halbschwingung die Elektroden abwechselnd als Anode fungieren. Ein offensichtlicher Vorteil der gleichzeitigen Beschichtung von zwei Werkstücken, ist die Verdopplung der Verarbeitungsgeschwindigkeit. In der Praxis ist dies jedoch schwierig umzusetzen, da die Flächenverhältnisse der Werkstücke und die Stromzeitflächen der Stromquelle exakt gleich groß sein müssen. Andernfalls wächst die Schicht auf einer der beiden Elektroden schneller. Dieser Effekt beschleunigt sich mit wachsender Schichtdicke und macht den Prozess inhärent instabil.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde daher eine Strategie zur Regelung eines PEO-Prozesses zur gleichzeitigen Beschichtung von zwei unterschiedlichen Werkstücken erarbeitet. Hierbei werden die Symmetrie und das Tastverhältnis der Stromwellenform so angepasst, dass ein stets identisches Schichtwachstum auf beiden Elektroden vorherrscht. Die Regelungstrategie wurde mit einer neu entwickelten Stromquelle und einer automati-sierten Steuerung demonstriert. Dieses neue Konzept eröffnet sowohl im Bereich der Forschung als auch der Industrie durch seine Effizienzsteigerung ein weites Feld neuer Einsatzmöglichkeiten.