Verfahren

Meotec hat seit der Gründung ein Verfahren zur Keramisierung von Leichtmetallen entwickelt die Kernkompetenz liegt im Beschichten von Magnesium- und Titanimplantaten. Auf industrieller Seite beschäftigt sich Meotec mit der Keramisierung von Titanaluminiden.


Wie kommt es zur Keramisierung der Oberfläche?

Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) stellt ein Verfahren zur Oberflächenveredlung und Oberflächenfunktionalisierung dar und wird auch anodische Oxidation unter Funkenentladung (ANOF) genannt. Mit diesem kombinierten Verfahren aus den Bereichen Plasmatechnik und Elektrochemie lässt sich die Oberfläche von sogenannten Ventilmetallen in eine Oxidkeramik konvertieren. Die hierfür verwendeten Metalle sind dementsprechend native Sperrschichtbildner wie Aluminium, Magnesium und Titan.

Durch plasmaelektrolytische Oxidation werden Oberflächen der verwendeten Leichtmetalle und deren Legierungen umweltfreundlich oxidiert. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren, wie beispielsweise dem Plasmaspritzen, erreicht Meotec durch die PEO außerdem eine höhere Wirtschaftlichkeit, kürzere Prozesszeiten und verbesserte Schichteigenschaften.

Weitere Informationen zur plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO)

Der PEO Prozess erfolgt nahezu ausschließlich in wässrigen Elektrolyten. Das zu oxidierende Werkstück wird anodisch gepolt und zusammen mit einer Gegenelektrode (Kathode) in einen Elektrolyten eingeführt. Das Werkstück bildet dabei zunächst eine rein chemisch induzierte Passivschicht aus. Das Wachstum dieser Passivschicht lässt sich durch Anlegen eines Potentials zwischen dem anodisch gepolten Werkstück und der Kathode erreichen. Um die wachsende dielektrische Eigenschaft der Passivschicht mit einer Durchschlagsspannung zu durchbrechen, wird dieses Potential stetig erhöht.

Während des Schichtbildungsprozesses wird die Oxidschicht des zu beschichtenden Bauteils (Anode) lokal durchschlagen. Dabei werden plasmachemische Festkörperreaktionen ausgelöst, die durch Funken sichtbar sind (siehe Bild rechts). Aufgrund eines bestimmten Energieeintrags wird ein lokaler, temporäer Plasmazustand zwischen Metallsubstrat und Metalloberfläche erzeugt. Grund hierfür ist die chemische Reaktion des oxidierten Metalls mit dem hydrolytisch gespaltenen Sauerstoff. Das Aufrechterhalten dieser Reaktion sorgt für das Wachstum der Verbundschicht aus Metall und Keramik.

Dieser Vorgang läuft nicht flächendeckend ab, sondern an diskreten Stellen, an denen die Oxidschichtdicke – und somit der lokale Widerstand – am geringsten ist. Im makroskopischen Erscheinungsbild ist zu beobachten, wie Funken die Oberfläche „abrastern“. Auf Grund der Tatsache, dass die Plasmareaktionen stets am Ort des niedrigsten elektrischen Widerstands stattfinden und dort für ein Schichtdickenwachstum sorgen, wird die Oberfläche mit einer lückenlosen, homogenen Schicht überzogen.

Nach der Vorgabe der Prozessparameter ist der Prozess grundsätzlich selbstregulierend. Im galvanostatischen Betrieb wird eine feste Stromdichte vorgegeben, die der Gleichrichter durch Anpassung der angelegten Spannung aufrecht erhält und somit für den Eintrag der notwendigen Reaktionsenergie sorgt. Durch das Anwachsen der dielektrischen Schicht steigt der elektrische Widerstand und die erforderliche Durchschlagsspannung wird vom Gleichrichter automatisch erhöht. Das Schichtwachstum schreitet bis zum Erreichen einer definierten maximalen Spannung Vmax fort, bis schließlich der Prozess auf Grund des fehlenden Spannungsanstiegs zum Durchschlagen der dielektrischen Oxidschicht zum Erliegen kommt.