Plasmaelektrolytische Oxidation (PEO)
Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) ist ein nasschemisches Oberflächenbehandlungsverfahren zur Erzeugung keramischer Schutz- und Funktionsschichten auf metallischen Oberflächen. Hierbei erfährt das zu behandelnde Bauteil innerhalb eines wässrigen Elektrolyten starke anodische Polarisation, die auf der Metalloberfläche zur Ausbildung einer elektrisch isolierenden Reaktionsschicht sowie einer die Bauteilgeometrie umhüllenden Gas/Dampf-Zone führt. Deren Interface zum Bulk-Elektrolyten wird zum Ausgangspunkt plasmaelektrolytischer Entladungserscheinungen, die ausgehend vom Elektrolyten in das Substrat schlagen und dort oxidierte Brennflecke hinterlassen. Im weiteren Prozessgeschehen kommt es durch fortgesetzte Oxidneubildungs- sowie Auf- und Umschmelzprozesse zur Entstehung einer keramischen Schicht, deren technologische Eigenschaften sich innerhalb weiter Grenzen variieren lassen. Um den Übergang von kurzlebigen, schichtbildenden Funkenentladungen zu langlebigen, schichtzerstörenden Bogenentladungen zu unterbinden, werden in der Regel pulsierende oder alternierende elektrische Regime verwendet. Abhängig davon, ob die Schichtbildung durch Substratkonversion oder den gezielten Einbau von Elektrolytkomponenten erfolgt, wird die Schichtzusammensetzung durch arteigene Verbindungen des Substratmetalls oder oxidierte Elektrolytspezies dominiert. Durch Variation von Substratwerkstoff, elektrischem Regime und Elektrolytzusammensetzung ergibt sich eine immense Parametervielfalt, die noch durch Interaktionen mit dem gerätespezifischen Gleichrichterregelverhalten erweitert wird. [1]
Übersichtsaufnahme der Anlage:
Gerätetechnische Ausstattung
Durch Firma OTE Oberflächen- & Elektrotechnik Scheigenpflug installierte Anlage
- zwei Becken im Technikumsmaßstab mit über einen Wärmetauscher direkt gekühltem Elektrolyten und Abmaßen von 350 × 400 × 250 mm³ bzw. 230 × 200 × 250 mm³
- Möglichkeit, Experimente im Labormaßstab und geringen Elektrolytvolumen in indirekt gekühlten Behältern durchzuführen
Gleichrichter der Firma plating electronics
- Typ pe86CW-550-53-120/S mit bis zu 550 V Effektivspannung und 50 A Effektivstrom
- Typ pe861UA-500-10-24-S mit bis zu 500 V Effektivspannung und 10 A Effektivstrom
- Möglichkeit zur Abbildung komplexer strom- und spannungsgeführter elektrische Regime
- zeitliche Skalierung der Pulsgeometrien im einstelligen ms-Bereich
Transientenrekorder von Yokogawa
- Typ ScopeCorder DL950
- verschiedene Messkarten für die Aufnahme elektrischer und fotoelektrischer Signale mit Abtastraten im MS-Bereich
- Elektrolytbadtemperaturüberwachung
Hochgeschwindigkeitskamera von Baumer, beschafft über Imaging Solutions
- Typ VLXT-06M.I
- Auflösung von 800 × 620 Pixeln, Pixelgröße 9 × 9 µm²
- Bildraten von 1578 fps, höhere Werte bei kleinerem Aufnahmefeld
Raspberry mit Kameramodul
- Raspberry Pi 4 in Argon ONE V2 Gehäuse
- RB-CAMERAHQ RASP CAM HQ CMOS Farb-Kameramodul
optisches Emissionsspektrometer (OES) von OceanOptics
- Typ OCEAN-HDX-XR
- Analyse spektraler Prozessinformationen der emittierten Leuchterscheinungen von UV- bis NIR-Bereich
- Bestimmung von Plasmatemperatur, Elementanteil und elementspezifischer Atom/Ion-Verhältnisse des integralen Entladungsgeschehens
Mehrparametermesssystem zur Elektrolytüberwachung von Meinsberg
- Typ KM 3000
- Messung von pH-Wert und elektrischer Elektrolytleitfähigkeit
- optionale Erweiterung für ionenselektive Elektroden
Steuereinheit zur Synchronisation der Elektrolyt- und Prozessdiagnostikelemente
- WOT-Eigenentwicklung
Ausgewählte Publikationen zur PEO an unserer Professur:
-
F. Simchen, T. Mehner, T. Lampke.
Neue Wege zur Abscheidung keramischer Schichten,
ZVO Report 01/2024
https://www.zvo.org/publikationen/zvoreport/zvoreport-archiv -
F. Simchen, M. Sieber, I. Scharf, T. Lampke.
Electrolyte Influence on the ignition of
plasma electrolytic oxidation processes on light metals.
Surface and Coatings Technology 315, 2017, 205–213.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.041 -
M. Sieber, F. Simchen, R. Morgenstern, I. Scharf, T. Lampke.
Plasma electrolytic oxidation of high-strength aluminium
alloys-substrate effect on wear and corrosion performance.
Metals 8 (5), 2018, 356.
https://doi.org/10.3390/met8050356 -
F. Simchen, M. Sieber, A. Kopp, T. Lampke,
Introduction to Plasma Electrolytic Oxidation—An Overview of the Process and Applications.
Coatings 10 (7), 2020, 628.
https://doi.org/10.3390/coatings10070628 -
F. Simchen, M. Sieber, T. Mehner, T. Lampke,
Characterisation Method of the Passivation Mechanisms during the pre-discharge Stage of Plasma
Electrolytic Oxidation indicating the Mode of Action of Fluorides in PEO of Magnesium.
Coatings 10 (10), 2020, 965.
https://doi.org/10.3390/coatings10100965 -
F. Simchen, N. Masoud-Nia, T. Mehner, T. Lampke,
Formation of corundum-rich alumina coatings on low-carbon steel by plasma
electrolytic oxidation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2021.
https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012007 -
F. Simchen, R. Morgenstern, S. Clauß, T. Lampke,
Dissolution Behavior of
Different Alumina Phases within Plasma Electrolytic Oxidation Coatings.
Coatings 12, 2021, 1205
https://doi.org/10.3390/coatings12081205 -
F. Simchen, T. Mehner, T. Lampke,
Specification of parasitic electrochemical subprocesses
during plasma electrolytic oxidation of magnesium,
Electrochimica Acta 464, 2023, 142858
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142858
