Oberflächenschutztechniken sind unerlässlich, um die Haltbarkeit und Leistung von Materialien unter verschiedenen Umwelt- und Betriebsbedingungen zu verbessern. Diese Techniken lassen sich grob in drei Haupttypen einteilen: Overlay-Verfahren, Oberflächenmodifikationsverfahren und Oberflächenbeschichtungsverfahren.
Overlay-Verfahren:
Bei Overlay-Verfahren, auch bekannt als Hartauftragsverfahren, wird ein Schutzmaterial mit überlegenen physikalischen und chemischen Eigenschaften auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht. Das Ergebnis ist ein dicker und fester Film, der das darunter liegende Material bedeckt und seine Eigenschaften verbessert oder seine ursprünglichen Abmessungen wiederherstellt. Üblich sind Verfahren wie das Laserauftragschweißen, die additive Fertigung mit Laser und Schweißüberlagerungen. Im Gegensatz zum allgemeinen Schweißen, bei dem zwei Werkstoffe miteinander verbunden werden, wird beim Auftragschweißen eine korrosionsbeständige oder harte Schicht auf den Grundwerkstoff aufgetragen, um dessen Lebensdauer zu verlängern.Techniken zur Oberflächenveränderung:
Oberflächenmodifizierungsverfahren verändern die Oberflächeneigenschaften von Werkstoffen unter Beibehaltung der Haupteigenschaften des Substrats. Dies wird durch Verfahren wie Wärmebehandlung, Implantation, Aufkohlung und Nitrierung erreicht. Diese Verfahren verändern die Chemie der Oberflächenschicht und verbessern deren Eigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, ohne die Kerneigenschaften des Materials zu beeinträchtigen.
Techniken der Oberflächenbeschichtung:
Bei den Oberflächenbeschichtungsverfahren werden dünne Schichten auf der Werkstoffoberfläche aufgebracht, um die Eigenschaften des Werkstoffs zu verändern. Zu den Techniken gehören Dampfphasenverfahren (physikalische und chemische Gasphasenabscheidung), Lösungszustandsverfahren und Schmelzverfahren. Diese Beschichtungen können von einkristallin bis amorph und von völlig dicht bis porös reichen, je nach den Anforderungen der Anwendung. Dünne Schichten sind in der Regel weniger als 1 Mikrometer dick, während dickere Schichten als Beschichtungen oder Dickschichten bezeichnet werden.Anwendungen und Fortschritte:
Diese Oberflächenschutztechniken sind in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Biomedizin und Mikroelektronik. So werden beispielsweise Verbundwerkstoffe mit einer harten Oberflächenzone und einem zähen Kern verwendet, um die Haltbarkeit zu erhöhen. In der optischen Industrie werden Dünnschichtsysteme auf Substrate aufgebracht, um mechanische Stabilität und spezifische optische Eigenschaften zu erzielen. Jüngste Fortschritte haben zur Entwicklung neuer Beschichtungsmaterialien und -verfahren geführt, die eine verbesserte Leistung bieten und oft auf schichtweisen funktionalen Beschichtungsarchitekturen basieren, die mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen können.
