Beschichtung von Rohr-Innenoberflächen von CFK-Rohren mittels patentiertem Schicht-Transplantations-Verfahren

Abteilung Oberflächentechnik und Schichtverbunde

Verschleißschutz kombiniert mit maximalem Leichtbau – Oxidkeramische Innenbeschichtungen für CFK-Rohre, hergestellt ohne thermische Belastung des polymeren faserverstärkten Grundmaterials.

Innenbeschichtungen von thermisch nur gering belastbaren faserverstärkten Kunststoffrohren (CFK, GFK) mit hohem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis lassen sich aktuell mit keinem bekannten Fertigungsverfahren herstellen. Mit Innenbrennern können Bauteile mit Innendurchmesser von minimal 63 mm beschichtet werden, jedoch sind hier die Längen auf etwa 1000 mm begrenzt. Für die Beschichtung von FVK sind diese Brennertypen jedoch aufgrund des hohen Wärmeeintrags und des geringen Abstands zur Bauteiloberfläche (30 mm) nicht geeignet.

Für diese Problemstellung hat die Universität Stuttgart am IFKB (20.12.2017; PCT/EP2017/083823) ein Verfahren entwickelt und patentiert, um mittels Transplantation von thermischen Spritzschichten derartige Bauteile herstellen zu können

Aluminiumoxid Verscheißschutz-Beschichtung auf der Innenoberfläche von CFK-Rohren (links), Querschliff des Interfaces (rechts)
Aluminiumoxid Verscheißschutz-Beschichtung auf der Innenoberfläche von CFK-Rohren (links), Querschliff des Interfaces (rechts)

Gegenüber dem konventionellen Herstellungsverfahren werden die Bauteile bei dem entwickelten Verfahren in umgekehrter Reihenfolge hergestellt. Ein modifizierter Formkern wird zunächst mittels thermischen Spritzens mit einer Funktionsschicht und einem Haftvermittler-Schichtsystem beschichtet. Anschließend wird auf die Beschichtung mittels Fasernasswickelverfahren der CFK-Verbund hergestellt. Nach Aushärtung des Harzes wird durch Unterkühlung des Formkerns eine Trennung vom Bauteil ermöglicht. Durch die gezielte Anpassung der Wärmeausdehnungs-koeffizienten von Formkern zu Verbundwerkstoff ist diese Prozessroute möglich.

Anwendung finden Bauteile, welche nach dem Verfahren hergestellt werden, in der Förderung von abrasiven Medien in Öl- und Gasindustrie, Betonindustrie sowie in Reibanwendungen der Hydraulikindustrie. Im Gegensatz zur herkömmlichen Herstellungsroute zeichnet sich der Prozess sowie die Produkte durch folgende Vorteile aus:

  • keine mechanische Vorschädigung von hochpreisigen CFK / FVK
  • deutlich verringerte Kontaktkorrosion
  • Glatte, nachbearbeitungsfreie Oberflächen (Rz < 10 µm) mit hoher Härte (HV0.1 = 1029) hoher und Verschleißbeständigkeit
  • keine thermische Belastung bzw. Schädigung von CFK / FVK
  • Deutliche Steigerung der Schichthaftung gegenüber konventionellen FVK-Beschichtung
  • Beschichtung kleiner Innendurchmesser möglich
  • hohe Bauteillängen realisierbar

Das Verfahren eignet sich auch zur partiellen Funktionalisierung von nicht-rotationssymmetrischen Bauteilen.

Verscheißschutz auf CFK-Flachbauteilen (links) und Rohr-Innenoberflächen (rechts), hergestellt mittels Schicht-Transplantationsverfahren
Verscheißschutz auf CFK-Flachbauteilen (links) und Rohr-Innenoberflächen (rechts), hergestellt mittels Schicht-Transplantationsverfahren

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Tags: Innenbeschichtung, CFRP coating, inner surface coating, atmospheric plasma spray, APS, tribological coating, Alumina, coating transplantation

Ansprechpartner

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Christian Semmler

M.Sc.

wissenschaftlicher Mitarbeiter
Ansprechpartner Lehre

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