Plasmapolieren - Reinigung, Entfettung, Entgratung und Hochglanzpolitur in einem Prozessschritt. Dr. Martin Polak

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1 Plasmapolieren Reinigung, Entfettung, Entgratung und Hochglanzpolitur in einem Prozessschritt Dr. Martin Polak

2 Definition Polieren In der DIN 8580 Fertigungsverfahren ist das Polieren nicht mit aufgeführt Definitionen aus dem Internet Beim Polieren werden Abrasivpartikel, die in einem zumeist flüssigen Medium fein dispergiert vorliegen, über eine Oberfläche geführt. Die Zerspanung wird dabei durch eine Überlagerung chemischer und mechanischer Wirkmechanismen erreicht. Polishing is the process of creating a smooth and shiny surface by rubbing it or using a chemical action, leaving a surface with a significant specular reflection. Polieren bedeutet Gegenstände oder Flächen mit einem weichen Tuch oder einer weichen Bürste nach dem Reinigen abreiben, damit sie glänzen. Duden: durch ein bestimmtes Verfahren blank, glänzend machen, reiben 2 2

3 Warum wird poliert? Ästhetik Verschleißschutz Korrosionsbeständigkeit 3 3

4 Mechanisches/manuelles Polieren Iterativer Prozess: Grobschleifen, Schleifpapier unterschiedlicher Körnung, SisalNesselScheiben, BaumwollGlanzscheiben, Flanell Hochglanzscheiben Sehr hohe Oberflächengüte Langwierig Poren, Risse, Dopplungen werden kaschiert Atemschutz, Augenschutz, Gehörschutz, Handschuhe, Feinstaub Je nach Güte bis zu 2 pro cm 2 4 4

5 Foto: Southern Stainless Pty Ltd Elektropolieren Meist letzter Polierschritt Zielrauheit abhängig von der Grundrauheit (Absenkung auf ca. 50%) Passivierung, Korrosionsschutz Vergleichsweise schnell und preiswert Umweltschädliche Elektrolyte Arbeitsschutz, Lagerung der Chemikalien Vorbehandlung der Oberflächen notwendig (Reinigen, entfetten, beizen ) 5 5

6 Foto: Arnold Maschinenfabrik GmbH & Co.KG Laserpolieren Makropolitur, Mikropolitur Aufschmelzen der Oberfläche bis zu 100µm tief Bearbeitungsgeschwindigkeiten von 1s/cm 2 bis 60s/cm 2 Erfassung der Geometrie des Werkstückes notwendig Zielrauheit maximal 0,05 µm Nahezu jedes Material Polierbar (bspw. auch Leder) 6 6

7 Foto: SchneiderKreuznach Magnetorheologisches Polieren Oberflächenfinish nach Vorpolitur (R a ~1 nm) Zielrauheit bis zu 0,08 nm Computergesteuerte Anpassung, sehr hohe Genauigkeit und Formtreue Anwendung für die Herstellung von Hochpräzisionsoptiken bei der Prototypen und Kleinserienfertigung 7 7

8 Plasmapolieren Erhebliche Verringerung der Rauheit (Faktor 15) Glanzgrad vergleichbar mit Handpolieren Kurze Prozesszeiten von wenigen Minuten Umweltschonende Elektrolyte, keine Säuren Keine Vorbehandlung (Reinigung, Entfettung, Beizen etc.) notwendig Werkstück muss elektrisch leitfähig sein 8 8

9 Plasmapoliertes Blech 9 9

10 Plasmapolieren V DC 5095 C Plasma Elektrolyt 10 10

11 Plasmapolieren Anreicherung mit negativen Molekülen Elektrolyt (salzhaltige Lösung) Ausfällung von bspw. Eisenoxid Behälterwand Dampfschicht 11 Werkstück 11

12 Stromstärke [A] StromSpannungsKennlinie C 60 C 70 C Spannung [V] StromSpannungs Kennlinien zeigen charakteristischen Verlauf: linearer Anstieg auf Maximalwert, Stromeinbruch, zweiter Strompeak, Abfall, konstanter Strom Hoher Glanzeffekt im linearen Verlauf ab ca. 250 V erreichbar 12 12

13 Zu erreichende Zielrauheiten unbehandelt Verringerung der Rauheit um bis zu Faktor 15 Zielrauheit abhängig von derausgangsrauheit Oberfläche ist kompakter plasmapoliert 13 13

14 Vergleich Plasma und Elektropolieren plasmapoliert elektropoliert V4A Edelstahl 14 14

15 Vergleich Plasma und Elektropolieren plasmapoliert elektropoliert V4A Edelstahl 15 15

16 Foto: Durr Ecoclean Reinigen und Entschichten Entfernung von Prozessrückständen, Fetten, Ölen Entfernung von Lacken und Farben, Beschichtungen Vorrangig Strahlverfahren Sandstrahlen Korundstrahlen Trockeneisstrahlen Hochdruckwasserstrahlen Laserstrahlreinigung Mechanische Verfahren 16 16

17 Reinigen und Entschichten unbehandelt plasmapoliert Entfettung, Entfernung von Prozessrückständen Abtragung von Schichten Abtrag von Schichten ohne Bearbeitung des Werkstückes möglich Schichtzusammensetzung entscheidend Entwicklung adäquater Elektrolyte und Prozessparameter 17 17

18 Entgraten von Werkstücken Optik, Haptik, Berührungssicherheit, Verringerung von Scherkräfte im menschlichen Organismus Meist rein mechanisch mittels Schleifverfahren Gleichmäßigkeit schwierig realisierbar Anpassung der Oberflächengüte an Materialumgebung Änderungen in der Materialzusammensetzung für meist zu Korrosion Elektropolieren Eingangs genannte Vor und Nachteile 18 18

19 Entgraten von Werkstücken unbehandelt plasmapoliert Entfernung der Anlauffarben Materialabtrag steuerbar Geometrie der Kante nahezu unverändert Bis hin zur Abrundung der Kanten Passivierung der Trennkante Wenige Sekunden Prozesszeit 19 19

20 Schweißnähte versiegeln Optik, Korrosionsschutz Schleifen, um evtl. Rückstände oder auch Unebenheiten zu entfernen Strahlen (Glasperlen, Korund oder Trockeneis) Beizen, giftige Chemikalie, Einwirkdauer bis hin zu einigen Tagen Polieren, abhängig vom Einsatzbereich 20 20

21 Schweißnähte versiegeln Mittels Plasmapolieren Entfernung von Anlauffarben Entfernung unreiner Oberfläche Aufbau passiver Chromoxidschicht Politur In einem Prozessschritt 21 21

22 Welche Materialien Eisenmetalle: alle nichtrostenden Stähle (Poliergrad abhängig von Legierungsbestandteilen und Kohlenstoffanteil) Nichteisenmetalle: Messing und dessen Legierungen ChromKobaltLegierungen ChromKobaltMolybdänLegierungen Wolfram Molybdän Edelmetalle (bspw. Kupfer) Leichtmetalle: Einige Magnesiumlegierungen 22 22

23 Anlagenentwicklung und Prototypenbau 23 23

24 Anlagenentwicklung und Prototypenbau 24 24

25 Anlagensteuerung 25 25

26 Interesse an einer Kooperation? Machbarkeitsstudien Entwicklung Elektrolyt für Ihr Metall Entwicklung Prozessführung für spezielle Werkstückgeometrien Entwicklung prototypischer Anlagen Umbau/Erweiterung von Elektropolieranlagen in Plasmapolieranlagen grundsätzlich möglich Oberflächenanalytik zur Qualitätskontrolle Rauheit Glanzgrad bzw. Reflektionsgrad Oberflächenenergie und Benetzbarkeit Chemische Zusammensetzung der Oberfläche Röntgenstrukturanalyse Stresstests zur mechanischen Belastbarkeit der Oberfläche Korrosionsbeständigkeit gegenüber unterschiedlicher Chemikalien 26 26

27 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit LeibnizInstitut für Plasmaforschung und Technologie e.v. Dr. Martin Polak Adresse: FelixHausdorffStr. 2, Greifswald Telefon: , Fax: Web: 27