Kombinierte Laservorbehandlung zur alterungsstabilen Verklebung rostfreier Edelstähle

BMBF-Projekt „LaserPROMISE“ erforscht und überprüft das laserbasierte Abscheiden haftvermittelnder Schichten auf rostfreien Edelstählen in der Medizintechnik.
Eine Frau mit Schutzbrille neben einem Laser, der ein Metallstück bearbeitet

Bild 1: Bearbeitung im Laserlabor. © Clean-Lasersysteme GmbH

Bläulicher, breiter Laserstrahl auf einem Metallstück

Bild 2: Laserbearbeitung unter Schutzgasatmosphäre innerhalb einer Prozesskammer. © Clean-Lasersysteme GmbH

Vier Makro schwarzweiß-Aufnahmen zeigen Kügelchen und Würstchen

Bild 3: REM-Aufnahme einer laserbearbeiteten Edelstahloberfläche. © Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen

29.02.16

Edwin Büchter, Geschäftsführender Gesellschafter, Clean-Lasersysteme GmbH (cleanLASER)

Im Oktober 2014 ist das Projekt „LaserPROMISE“ zum "laserbasierten Abscheiden haftvermittelnder Schichten auf rostfreien Edelstählen" gestartet. Die bisherigen Forschungsarbeiten im Rahmen des Verbundprojekts haben gezeigt, dass die Klebevorbehandlung von Edelstählen mittels Laserstrahlung zwar verbesserte Klebefestigkeiten erzielt, die Korrosionsbeständigkeit der Substrate jedoch sinkt und somit die Alterungsbeständigkeit gerade im Bereich der Medizintechnik nicht hinreichend gegeben ist.

Die Kombination des Lasers mit dem Aufbringen einer haftvermittelnden Schicht auf die Oberfläche führt zu einer deutlichen Minderung der Korrosionsanfälligkeit und ermöglicht eine Klebung, die alterungsstabil auch häufige Sterilisationszyklen übersteht.

Hervorragende Korrosionsstabilität schon vor Halbzeit

Bereits vor Projekthalbzeit wurden sehr erfolgversprechende Ergebnisse erzielt: Zum Einen konnte das wissenschaftliche Verständnis für die Korrosionsmechanismen und deren Zusammenhänge aufgedeckt werden. Zum Anderen zeigte die Analyse, dass sich gegenüber konventionellen Verfahren eine hervorragende Korrosionsstabilität erreichen lässt. Eine signifikant messbare Steigerung der Langzeitfestigkeit gegenüber konventioneller Vorbehandlung konnte nachgewiesen werden. Außerdem wurden Konzepte zur technischen Umsetzung erarbeitet.

Konventionelle Vorbehandlungsverfahren wie Korundstrahlen und nasschemische Beize eignen sich aufgrund fehlender Ortsauflösung und mangelnder Alterungsstabilität der Klebung nur bedingt für Anwendungen im medizinischen Bereich. Das fokussierte Laserlicht kann die Oberflächen hingegen präzise und reproduzierbar vorbehandeln und ermöglicht somit eine ortsselektive Bearbeitung von Edelstählen.

Im Rahmen des Projektes LaserPROMISE wurden grundlegende Untersuchungen der Korrosionsmechanismen von Edelstählen durchgeführt, die als Basis für die Auslegung der später einsetzbaren Klebstoff- und Precursorsysteme dienen. Die Formulierung von Precursorsystemen zur Schichtabscheidung, die auf den laserbasierten Abscheideprozess abgestimmt sind, und die Kombination mit einem Klebstoff bieten zahlreiche Variationsmöglichkeiten, die eine sichere Klebung für eine Vielzahl von Materialkombinationen realisierbar machen.

Von der Medizintechnik über den Maschinenbau bis hin zur Bauindustrie

Zu den Aufgaben der einzelnen Projektpartner zählen neben den Testbearbeitungen und Parametervariationen auch das Applizieren von Precursern und Beschichtungen, die Untersuchung der Korrosionseigenschaften, die Anpassung der Klebfestigkeit sowie die Analyse der Alterungsbeständigkeit von Klebverbindungen. Die Einsatzgebiete der Technik reichen von einfachen chirurgischen Instrumenten bis zu komplizierteren Geräten wie Endoskopen.

Das kombinierte Reinigen mittels Laserstrahlung und gleichzeitiger Abscheidung von Haftvermittlerschichten zur Korrosionsminderung lässt ein breites Anwendungspotential vermuten, das über die Medizintechnik hinaus geht bis hin zum Maschinenbau und zur Bauindustrie. Sobald rostfreie Edelstähle verklebt werden sollen und im Einsatz korrosiven Umgebungsbedingungen wie Hitze oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind, lässt sich durch das kombinierte Laserverfahren die schützende Chromoxidschicht erhalten.

Das Verbundprojekt LaserPROMISE wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“ mit rund 1 Million Euro gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.

Projektpartner

Kontakt

Clean-Lasersysteme GmbH
Herrn Dipl.-Kfm. Edwin Büchter
Dornkaulstraße 6
52134 Herzogenrath/Aachen

Tel.: +49 2407 9097-0
Email: buechter@cleanlaser.de

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt LaserPROMISE (PDF)

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