Funktionale technische Oberflächen

Um technisch-wissenschaftliche Zusammenhänge zwischen der Funktionalität einer Edelstahloberfläche und dem Zustand einer Oberfläche definieren zu können, ist es notwendig, die Oberfläche durch eine entsprechende Parameterschar möglichst exakt festlegen und beschreiben zu können.

Aus diesem Zusammenhang zeigen Überlegungen zur Beschreibung einer Oberfläche sehr rasch, dass dies nur durch eine systematische Aufteilung der verschiedenen Gesichtspunkte wie
- geometrische bzw. mikrogeometrische Parameter,
- stofftechnische oder morphologische Parameter,
- energetische oder elektrisch-ladungstechnische Parameter
in ausreichender Weise möglich wird.

Grundsätzliche funktionale Eigenschaften wie
- Korrosionswiderstandsverhalten,
- Reinigungs- bzw. Kontaminationsverhalten,
- Partikelverhalten etc.
gründen im Allgemeinen stets auf einer äußerst ausgewogenen Summe von Zuständen betreffend Topografie, Morphologie, Energieniveau/Ladungszustand und können insohin auch nur durch die entsprechende Gesamtheit an Zuständen ausreichend beschrieben und definiert werden.

Die geometrische oder topografische Definition einer (Edelstahl)Oberfläche ist neben visuellen bzw. mikroskopischen Eindrücken v. a. auch mittels näherungsweisen Rauheitsmessungen (Ra, Rz nach DIN EN ISO 4288) oder aber betreffend singulärer Mikroporositäten z. B. in der Beilby-Schicht mittels spezifischer Evakuierungs- oder Penetrationsmessungen befriedigend zu definieren.

Die morphologischen Gegebenheiten betreffend des Vorliegens der verschiedenen (Metall)Elemente und auch deren Zusammenlagerungsprinzipien (kfz oder krz) und auch das Einlagerungsverhalten von allfälligen Schmelzen- und/oder Schleifverunreinigungen sollen das Bild einer Edelstahloberfläche und das zu erwartende Verhalten betreffend bestimmter funktionaler Eigenschaften entsprechend erweitern.

Schließlich ist auch die Ermittlung und Kenntnis des tatsächlich vorliegenden Energieniveaus/mechanischen Spannungszustands in den oberflächennahen Schichten von fundamentaler Bedeutung hinsichtlich Prognosen, z. B. von spezifischen Korrosionsrisken im Bauteileinsatzfall.

Die Gesamtheit der Eigenschaften betreffend Topografie, Morphologie und Energieniveau erlaubt es erst, die finalen funktionalen Eigenschaften zu erklären bzw. in ausreichender Näherung auch prognostizieren zu lassen.

Von Bedeutung ist überdies, dass alle bei der Herstellung eines Bauteils notwendigen spanlosen, spanabhebenden, thermischen und schweißtechnischen Arbeitsschritte die Oberflächeneigenschaften Topografie, Morphologie und Energieniveau mitunter nachhaltig verändern und so auch das Funktionalverhalten erheblich beeinflussen.

Darstellung der Verfahren
Im technisch sensiblen Edelstahlapparatebau sind im Hinblick auf funktionale Edelstahloberflächen der verschiedenen Funktionskategorien folgende finale Oberflächenausführungen gebräuchlich:
- (kalt)gewalzte Bleche/längsnahtgeschweißte Rohre
- (kalt)gezogene nahtlose Rohre
- mechanisch geschliffene Edelstahloberfäche
- chemisch gebeizte Edelstahloberfläche
- elektrochemisch polierte Edelstahloberfläche

Alle diese Oberflächen zeigen betreffend der Beurteilungskriterien Topografie, Morphologie, Energieniveau/Ladungszustand mitunter sehr deutliche Unterschiede (siehe Tabelle). Die Zusammenstellung zeigt, dass die erzielbaren Oberflächenqualitäten mitunter deutliche Unterschiede aufweisen betreffend aller drei verschiedenen Betrachtungsweisen.
Speziell durch das elektrochemische Polieren werden Oberflächenverhältnisse geschaffen, die dem idealen Zustand des jeweiligen Werkstoffs am nächsten kommen und so hinsichtlich aller Funktionalitätsaspekte technisch sehr kalkulierbare Verhältnisse geschaffen werden.

In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, dass durch das elektrochemische Polieren alle die technisch möglichen Oberflächendefekte wie Mikroporen, Mikrorisse, Mikrodopplungen etc., die durch das mechanische Schleifen hinsichtlich visueller Erkennung kaschiert wurden, durch Elektropolieren einfach und sicher erkannt und sanierbar werden. Diese Maßnahmen vermeiden unerwünschte Anlagenstillstände und Ärger im Kunden-Lieferanten-Verhältnis auf effektive Weise.

www.henkel-epol.com 

Tabelle

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