PolyTitan

Mit dem Kooperationsprojekt „PolyTitan“ setzen sich die Unternehmen Element 22 GmbH und Phi-Stone AG sowie die Christian-Albrecht Universität zu Kiel (CAU) zum Ziel, eine teilautomatisierte Demonstrator-Ätzanlage für die Oberflächenmodifizierung von Titan und Titan-Legierungen zu entwickeln. Das Projekt wird über zwei Jahre aus Mitteln des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert und hat ein Fördervolumen von rund 440.000 Euro. Ein entsprechender Antrag wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im März 2017 bewilligt.

Titan-Kunststoff-Verbindungen finden zunehmend Anwendung in immer mehr industriellen Bereichen. Auf der einen Seite sind beide Werkstoffe in ihren Eigenschaften und in ihrer Verarbeitung generell sehr unterschiedlich – auf der anderen Seite ergeben sich gerade hierdurch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. In der Medizintechnik werden bspw. aktive Implantate mit Silikon ummantelt, in der Luftfahrt Titan-Strukturbauteile mit Kunststoffen verklebt. Hierbei sorgt das Titan für die benötigte Festigkeit und der Kunststoff (Polymer) – als relativ kostengünstiger und leichter Werkstoff – für die entsprechend gewünschte Funktionalität der Oberfläche. Derzeitige Verfahren schaffen es nicht, extrem hochfeste und gleichzeitig langzeitstabile Verbindungen zwischen Titan und Kunststoffen (Polymeren) zu realisieren, da die Beschichtungen nur auf der Oberfläche haften und hierbei lediglich eine rein chemische Anbindung stattfindet. Dies kann zu Materialversagen und weitreichenden Problemen und Risiken mit den beschichteten Produkten führen und hemmt dortige Innovationen und Entwicklungen, trotz des enormen Potentials von Titan-Kunststoff-Verbindungen.

Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung einer teilautomatisierten Demonstrator-Ätzanlage für die Oberflächenmodifizierung von Titan und Titan-Legierungen, zur Herstellung besonders starker und hochfester Titan-Kunststoff Verbindungen. Hierbei sollen ausgewählte Titan-Bauteile mit einem zu entwickelnden Ätzverfahren so strukturiert werden, dass die Titan-Bauteile nach dem Ätzprozess eine mechanische Widerhakenstruktur auf der Oberfläche aufweisen. Hierbei werden spezielle Bereiche (Phasen) selektiv aus der Titan-Oberfläche herausgeätzt, ohne dass dabei die Korngrenzen angegriffen werden. Auf diese Weise ermöglicht das Verfahren das Herstellen von Widerhakenstrukturen auf Titan und Titanlegierungen, mit denen hochfeste Titan-Kunststoff Verbindungen realisiert werden können. Durch die Schaffung eines solchen füllbaren Gradienten an der Titan-Polymer Grenzschicht, kann eine Verstärkung der Beschichtung in das Metallsubstrat und somit eine deutliche Erhöhung der Haftfestigkeit der Beschichtung erreicht werden.

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