Gleitbeschichtung und Antihaftbeschichtung

Wenn ein Bauteil ohne Schmierstoff laufen soll oder sich ein Formteil nicht sauber entformen lässt, ist die Oberfläche das Problem, nicht die Konstruktion. Gleit- und Antihaftbeschichtungen setzen genau dort an: Sie senken die Reibung zwischen zwei Kontaktpartnern und verhindern, dass Material an der Oberfläche haften bleibt. Beide Effekte kommen aus derselben Werkstoffgruppe, werden aber unterschiedlich ausgelegt.

Was Gleit- und Antihaftbeschichtungen unterscheidet

Eine Gleitbeschichtung soll den Reibwert zwischen zwei bewegten Teilen dauerhaft senken, möglichst ohne Öl oder Fett. Man spricht deshalb von Trockenschmierung. Typische Bauteile sind Führungen, Lagerbuchsen, Schrauben und Verbindungselemente, Stellglieder und alles, was in Reinräumen, in der Lebensmitteltechnik oder bei hohen Temperaturen nicht geschmiert werden darf.

Eine Antihaftbeschichtung soll verhindern, dass ein anderer Werkstoff an der Oberfläche kleben bleibt. Das betrifft Formen und Werkzeuge im Kunststoff- und Gummispritzguss, Förderelemente in der Lebensmittelverarbeitung, Trichter und Rutschen für klebrige Schüttgüter sowie Heizelemente, an denen Rückstände anbacken.

In der Praxis überlappen die beiden Anforderungen. Ein PTFE-System bringt fast immer beides mit, nur in unterschiedlicher Gewichtung.

Die wichtigsten Schichtsysteme

PTFE-Systeme (Polytetrafluorethylen, umgangssprachlich Teflon). PTFE hat einen der niedrigsten bekannten Reibwerte technischer Kunststoffe und ist chemisch nahezu inert. Es wird als wässrige oder lösemittelbasierte Dispersion aufgetragen und anschließend eingebrannt. PTFE-Beschichtungen sind bis in den Bereich um 250 bis 260 Grad Celsius dauerhaft einsetzbar. Handelsbekannte Verbundsysteme auf PTFE-Basis werden unter Markennamen wie Xylan geführt.

Gleitlacke mit Festschmierstoffen. Hier sind PTFE, Molybdändisulfid (MoS2) oder Graphit in ein Bindemittel eingebettet, meist ein Epoxid-, Polyamidimid- oder Phenolharz. Der Festschmierstoff übernimmt die Schmierung, das Bindemittel die Haftung und die Verschleißfestigkeit. Gleitlacke sind dünn, maßhaltig und lassen sich auch auf Gewinden und Passungen einsetzen, ohne die Toleranz zu sprengen. MoS2-haltige Systeme sind druckbelastbarer als reine PTFE-Schichten, PTFE-Systeme dafür chemisch beständiger und lebensmittelverträglicher auslegbar.

Keramische und Sol-Gel-Systeme. Wo PTFE an seine Temperaturgrenze kommt oder die Schicht zusätzlich abriebfest sein muss, kommen keramisch gefüllte oder über ein Sol-Gel-Verfahren aufgebaute Systeme zum Einsatz. Sie sind härter, dafür spröder und weniger gleitfreudig als PTFE.

Anodische Schichten als Untergrund. Bei Aluminium wird häufig zuerst eine Harteloxalschicht erzeugt und erst darauf die Gleitschicht aufgebracht. Die Oxidschicht bringt die Härte, die organische Deckschicht die Gleiteigenschaft.

Wie die Schicht auf das Bauteil kommt

Das Auftragsverfahren entscheidet mit darüber, was wirtschaftlich möglich ist.

Spritzauftrag. Der Standard für Einzelteile und mittlere Serien. Gut steuerbare Schichtdicke, auch partieller Auftrag mit Abklebung möglich.

Tauchbeschichtung. Das Bauteil wird in das Beschichtungsmedium getaucht und anschließend definiert abgetropft oder abgeschleudert. Für geometrisch komplexe Teile mit Innenkonturen und für hohe Stückzahlen deutlich schneller als der Spritzauftrag, dafür ohne partielle Aussparung. Die Prozessführung, also Tauchgeschwindigkeit, Viskosität und Abtropfzeit, bestimmt die Gleichmäßigkeit der Schicht.

Trommelbeschichtung. Für Schüttgut wie Schrauben, Federn und Kleinteile. Sehr günstig pro Stück, aber keine Kontrolle über die Lage der Schicht am Einzelteil.

Vor jedem dieser Verfahren steht die Vorbehandlung, und sie entscheidet über die Haftung. Üblich sind eine gründliche Entfettung und ein Strahlen mit Korund, das die Oberfläche aufraut und damit die mechanische Verankerung der Schicht herstellt. Eine schlecht vorbehandelte Oberfläche lässt jede noch so gute Schicht später abplatzen.

Nach dem Auftrag folgt bei PTFE-Systemen das Einbrennen bei mehreren hundert Grad. Genau daraus ergibt sich die wichtigste Einschränkung: Bauteile, die diese Temperatur nicht vertragen, also die meisten Kunststoffe, viele Aluminiumlegierungen im ausgehärteten Zustand und alles Vergütete mit niedriger Anlasstemperatur, brauchen ein Niedrigtemperatursystem.

Schichtdicke und Maßhaltigkeit

Gleitlacke werden typischerweise sehr dünn ausgeführt, im Bereich weniger Mikrometer bis einige Zehntel Millimeter je nach System. PTFE-Verbundsysteme liegen üblicherweise darüber. Für Passungen gilt: die Schichtdicke muss vor der Fertigung bekannt sein und in die Zeichnung, nachträgliches Nacharbeiten zerstört die Schicht. Wer ein Bauteil beschichten lassen will, gibt deshalb immer an, welche Flächen maßhaltig bleiben müssen.

Typische Anwendungsfälle

• Formenbau und Spritzguss. Antihaftschichten auf Kavitäten und Auswerfern verkürzen die Entformungszeit und reduzieren Ausschuss durch Anhaftungen.
• Ungeschmierte Führungen und Lager. Überall dort, wo Schmierstoff die Anwendung stört, etwa in der Lebensmittel- und Verpackungstechnik oder in Vakuumanlagen.
• Verbindungselemente. Gleitlack auf Gewinden macht das Anzugsmoment reproduzierbar und verhindert Fressen bei Edelstahlpaarungen.
• Schüttgutführende Bauteile. Trichter, Rutschen und Rinnen für klebrige oder feuchte Medien.
• Kleinteile und Präzisionsteile. Auch einzelne Präzisionsteile lassen sich beschichten, sofern das Bauteil die Einbrenntemperatur des gewählten Systems verträgt.

Welches System passt zu meinem Bauteil

Vier Fragen entscheiden fast immer:

1. Werkstoff und zulässige Temperatur. Verträgt das Bauteil den Einbrennprozess?
2. Belastungsart. Dauerhafte Flächenpressung spricht für MoS2-Gleitlack, chemische Belastung und Antihaftwirkung für PTFE, Abrasion für keramisch gefüllte Systeme.
3. Maßhaltigkeit. Welche Flächen dürfen sich nicht verändern?
4. Anforderungen aus der Branche. Lebensmittelkontakt, Medizintechnik oder Luftfahrt schränken die zugelassenen Systeme deutlich ein.

Wer diese vier Punkte vorab klärt, bekommt von einem Beschichtungsbetrieb ein belastbares Angebot statt einer Rückfrage. Welche Angaben in eine Anfrage gehören und woran sich ein geeigneter Betrieb erkennen lässt, steht unter Beschichter finden. Womit die Haftung jeder dieser Schichten steht und fällt, behandelt die Vorbehandlung.

Non-stick and dry-film lubricant coatings

Dry-film lubricant and non-stick coatings solve two related problems: reducing friction between moving parts without oil or grease, and preventing material from sticking to a surface. The main systems are PTFE-based dispersions, bonded dry-film lubricants filled with PTFE, molybdenum disulphide or graphite, and ceramic or sol-gel systems for higher temperatures and abrasion. Application is by spray, dip or barrel coating, always preceded by degreasing and abrasive blasting, and followed by a stoving step whose temperature limits which substrates can be used.