Das Plasmaelektrolytische Polieren (PeP) basiert auf dem Prinzip einer elektrochemischen Zelle mit einem anodisch gepolten Werkstück in einem kathodisch gepolten Elektrolytbecken. Eine angelegte Gleichspannung führt zu chemisch-physikalischen Reaktionen und der Ausbildung einer Gashülle um die Oberfläche des Werkstücks. Der Bearbeitungsprozess führt zur Abnahme der Oberflächenrauheit ohne mechanische Kraft und die geringe Abtragrate ermöglicht eine ressourceneffiziente Bearbeitung der Werkstückoberfläche. Die maximal gleichzeitig polierbare Werkstückoberfläche hängt typischerweise von der zur Verfügung stehenden Leistung und Energie der Prozessenergiequelle (PEQ) ab.
Das Ziel des Projekts war der Transfer des Bad-basierten PeP-Prozesses auf einen Freistrahlbasierten Prozess (Jet-PeP), um lokale Oberflächenmodifikation im Nanometerbereich zu ermöglichen. Zusätzlich sollte der Jet-PeP Prozess erfolgreich initiiert und ein geeignetes Prozessfenster für das Polieren des Stahlwerkstoffs AISI 316L entwickelt werden. Die Hauptergebnisse dieses Projekts sind eine Prototypenanlage mit modularer Steuersoftware für kleinflächige lokalisierte Bearbeitung mit Jet-PeP Technologie und eine prozessspezifische PEQ. Zudem wurde ein materialspezifischer Elektrolyt entwickelt. Multiphysiksimulationen zur Beschreibung der Stromdichteverteilung über dem polierten Bereich in Abhängigkeit von Arbeitsabstand und Düsendurchmesser wurden durchgeführt. Der Prozess wurde an einer planaren Oberfläche erfolgreich initiiert und in die zwei Prozessphasen Initiierungsphase und Polierphase untergliedert, die durch verschiedene Elektrolytstrahlgeometrien und Stromstärkewerte gekennzeichnet sind. Die Prozessinitiierung wurde mit verschiedenen Düseninnen- und Werkstückgeometrien untersucht. Eine ökonomische Betrachtung ergab, dass für die Elektrolyterwärmung eine besonders hohe elektrische Leistung notwendig ist. Die Integrationsfähigkeit der Technologie wurde anhand einer Prozesskette für die Fertigung von nanostrukturierten Bauteilen aus der Medizintechnik betrachtet. Es konnte gezeigt werden, dass ein kleinflächiges, lokales Polieren ohne Maskierung möglich ist und bei Verwendung abweichender Düsendurchmesser die polierte Fläche eingestellt werden kann.
Der deutsch-israelische Abschlussbericht ist in englischer Sprache verfasst.
Vorlesen