Oberflächenvorbe­handlung

Anwendungsgebiete

Die Beständigkeit adhäsiver Verbindung wird entscheidend durch die Oberflächenbeschaffenheit der Fügeteile beeinflusst. Insbesondere die Benetzbarkeit der Oberflächen und das Vorhandensein energetisch aktiver Zentren sind dabei notwendige Voraussetzungen für die Ausbildung von ausreichend hohen Adhäsionskräften. Um diese Eigenschaften auf den Substratoberflächen zu erzeugen, können nach Reinigungsprozessen verschiedene Oberflächenvorbehandlungsverfahren angewandt werden.

Die Oberflächenvorbehandlungsmethoden finden Anwendung zur:

- Reinigung und Aktivierung von Fügeteiloberflächen,
- Verbesserung der Oberflächenbenetzbarkeit,
- Sicherstellung der Reproduzierbarkeit adhäsiver Verbindungen,
- Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Verklebungen.

Methoden

Bei dem Pyrosil-Verfahren handelt es sich um eine Flammenpyrolyse, mit der eine wenige Nanometer dünne, amorphe, hochvernetzte Silikatschicht auf den Substratmaterialien erzeugt wird. Die zu behandelnde Oberfläche wird hierfür durch den oxidierenden Bereich einer Gasflamme geführt, in welche eine siliziumhaltige Substanz, der "Precursor", eindosiert ist. Dadurch entsteht auf der Substratoberfläche eine definierte chemische Struktur mit wichtigen Bindungselementen für die spätere Haftung verschiedenster Materialien. So sorgt beispielsweise die nanoporöse Struktur der Silikatschicht für eine bessere mechanische Verankerung des nachfolgend aufgebrachten Klebstoffs und die eingebrachten aktiven Zentren ermöglichen dessen optimalere chemische Anbindung.

Das Atmosphärenplasmaverfahren dient der Oberflächenvorbehandlung von Materialien mittels eines ionisierten Gasstrahl. Dieses Plasma bewirkt eine Reinigung sowie eine chemische Veränderung und Aktivierung der Oberfläche, wodurch sich die Haftungskräfte auf zahlreichen Substraten deutlich verbessern. Zusätzlich zu den genannten Prozessen bietet das Atmosphärenplasma die Möglichkeit ein großes Spektrum an Materialien gezielt mit einer geeigneten Trägersubstanz zu beschichten. Dadurch kann den  Adhäsionsproblemen auf diesen Oberflächen gezielt entgegnet werden. Um den Prozess des Openair-Plasmas auf die jeweiligen Materialien anzupassen, können verschiedene Parameter, wie beispielsweise der Düsenabstand, die Geschwindigkeit und der Versatz in weiten Bereichen entsprechend eingestellt werden.

Beim Sandstrahl-Coating, welches unter der Bezeichnung SACO-Verfahren bekannt ist, wird die Oberfläche unter anderem auch mit chemisch modifiziertem Strahlgut behandelt. Dabei werden zur Reinigung Bestandteile der Oberfläche abgetragen und gleichzeitig erfolgt eine Oberflächenbeschichtung. Durch die Aufprallenergie des Strahlgutes bewirken die dadurch erzeugten hohen Temperaturen im so genannten Triboplasma einen Einbau der reaktiven Komponenten des Strahlgutes in die Oberfläche. Durch dieses Verfahren kann das Adhäsionsverhalten der Materialien entscheidend verbessert werden, wobei sich die Methode aber nur bedingt für Werkstoffe wie Glas oder Kunststoffe eignet, da mit der Behandlung eine negative Beeinflussung in Form einer Trübung verbunden ist.

Die Schleif- und Poliermaschine TegraPol 35 mit TegraForce 5 Probenbeweger und TegraDoser der Firma Struers bietet die Möglichkeit der gezielten Probenpräparationen. Sowohl für die Herstellung definierter Oberflächenrauhigkeiten als auch zur Herstellung planer Flächen ist dieses Gerät für die Vorbehandlung von Fügeteilen im Versuchsstadium die beste Wahl. Mit Hilfe verschiedener Schleif- und Polierprogramme und dem Einsatz geeigneter Verbrauchsmaterialien lassen sich fast alle Materialen bearbeiten. Optimal vorbereitete Flächen werden so für den Plasmatreater oder die Mikroskope erzielt. Durch den TegraForce 5 Aufsatz sind sowohl Einzelproben-Präparationen als auch - über Zentralandruck - Mehrfach-Präparation möglich. Die Dosiereinheit sorgt für reproduzierbare Schleif- und Polierprozesse.

Die Kontaktwinkelmessung ist eine geeignete Methode zur Beurteilung der Benetzbarkeit von Fügeteiloberflächen. Die Größe des Kontaktwinkels hängt dabei von den Wechselwirkungen zwischen Fügeteil und Messflüssigkeit ab, wobei der Kontaktwinkel bei geringen Wechselwirkungen zunimmt. Aus der Bestimmung des Kontaktwinkels kann weiterhin die Oberflächenenergie der Fügeteile ermittelt werden. Hohe Oberflächenenergien der Materialien, welche auf vielen Fügeteilen erst durch entsprechende Oberflächenvorbehandlungsmethoden erreicht werden können, begünstigen dabei die Benetzbarkeit. Aufgrund seiner Flexibilität ermöglicht das Kontaktwinkelmessgerät sowohl Messungen im Labor als auch vor Ort und auf waagerechten sowie senkrechten Flächen. Der Auftrag der Testflüssigkeit erfolgt manuell, die anschließende Auswertung unmittelbar danach über eine ins Messsystem integrierte Kamera.