Das Forschungsvorhaben ist im Dezember 2021 gestartet. Untersucht werden die Oberflächenmodifikationen auf Basis von PACVD-Beschichtungen und Bor-Diffusionsbehandlungen. Das Vorhaben adressiert die Anforderungen der in der Wertschöpfungskette beteiligten Unternehmen und hier insbesondere kmU, wie Compoundeure und Oberflächenveredler sowie Anlagenhersteller.

Anforderungen an das Beschichtungsverfahren

Ziel ist es, ein Beschichtungsverfahren auszuwählen, mit dem eine optimale Mischwirkung bei maximalem Durchsatz und minimalem Energieeintrag sichergestellt werden kann. Dabei müssen allerdings einige Anforderungen erfüllt werden. Zum einen werden die Oberflächen von Schneckenwellen und Extruderdüsen durch moderne Kunststoffe, deren Gebrauchseigenschaften immer häufiger mithilfe von Faserverstärkungen, Füllstoffen und Additiven gesteigert werden, sehr stark beansprucht. Zusätzlich können korrosive Umgebungsbedingungen die Strapazierung der Bauteile intensivieren. Zum anderen bestehen hohe Anforderungen an die Produktivität in Bezug auf die realisierbaren Drücke und die geforderten kurzen Durchlaufzeiten. Die komplexe Geometrie von Düsen sowie Schneckenelementen schränkt aufgrund der schwierigen geometrischen Erreichbarkeit die Auswahl geeigneter Beschichtungsverfahren für Verschleißschutzsysteme ein.

Als ein geeignetes Verfahren wird zunächst die plasma-aktivierte chemische Gasphasenabscheidung (PA-CVD) untersucht, die mittels plasmachemischer Umsetzung von Gasgemischen dünne Hartstoffbeschichtungen ermöglicht. In speziellen Prozessen können mehrlagige Titandiborid- und Titannitridphasen enthaltende Mehrlagenschichten erzeugt werden. Diese weisen eine für die mechanische Beanspruchung günstige Nanokompositstruktur auf. Das in der Phasenmischung vorhandene harte und chemisch sehr stabile Titandiborid wirkt dem adhäsiven und korrosiven Angriff entgegen.

Das zweite Verfahren, das betrachtet wird, lässt durch eine thermochemische Randschichtbehandlung Bor in die Randzone des Werkzeugs eindiffundieren. Dadurch werden harte und korrosionsbeständige Boridausscheidungen gebildet, die ebenfalls ein hohes Potenzial bieten, alle Anforderungen der Anwendung zu erfüllen.

Die Vorgehensweise – Schritt für Schritt zum Ziel

Im Vorhaben werden zunächst die Verschleißmechanismen zwischen Schmelze und Werkzeugoberfläche identifiziert und bewertet. Daraufhin werden zur Reduzierung des Verschleißes auf der Oberfläche die unterschiedlichen borhaltigen Oberflächenmodifikationen im Labormaßstab charakterisiert und beschrieben. Abschließend erfolgt zum Nachweis der Anwendbarkeit eine Evaluierung unter industriellen Bedingungen.

Interessierte Unternehmen sind herzlich eingeladen, im projektbegleitenden Ausschuss des Forschungsvorhabens kostenfrei mitzuwirken und sich über die aktuellen Ergebnisse zu informieren. Das Vorhaben wird im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) der Forschungsvereinigung Kunststoff-Zentrum über die AiF vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.