Elektrochemisch-Plasmaelektrolytisches Polieren (ECPeP) zur Modifikation von Rand-schichteigenschaften von metallischen Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556741968

Das Plasma-elektrolytische Polieren (PeP) ermöglicht das Polieren und Entgraten elektrisch leitfähiger Werkstücke innerhalb weniger Minuten. Dabei werden niedrig konzentrierte, wasserbasierte Elektrolyte verwendet, die eine gute Umweltverträglichkeit aufweisen. Den positiven Eigenschaften stehen ein hoher Energieverbrauch sowie relativ geringe Abtragraten im Vergleich zum elektrochemischen Polieren (EC) gegenüber. Darüber hinaus erfordert das EC in der Regel hochkonzentrierte Säurelösungen zur Abtraglokalisierung. Zusammenfassend ergibt sich die Problemstellung, dass sowohl beim PeP als auch beim EC verfahrens- und prozessbedingte Nachteile bestehen, welche das Potential beider Verfahren zur Endbearbeitung von initial rauen Oberflächen, beispielsweise bei additiv gefertigten Bauteilen, einschränken. Ein Lösungsansatz stellt das im vorliegenden Forschungsprojekt betrachtete gepulste, spannungsgeführte, elektrochemisch-plasmaelektrolytische Polieren (ECPeP) dar. Bei diesem Verfahren wird ein Spannungsverlauf eingestellt, welcher durch eine für das elektrochemische Polieren typische Bearbeitungsspannung von bis zu 50 V zwischen plasmaelektrolytischen Pulsphasen mit einer Bearbeitungsspannung von ca. 200 V bis 400 V charakterisiert ist. Die plasmaelektrolytische Pulsphase ist insbesondere durch die Ausbildung einer lokalen Gashülle auf der Werkstückoberfläche gekennzeichnet. Dadurch können die Vorteile einer schnellen Rauheitsreduktion mit einer hohen Abtragrate kombiniert und auf den Einsatz hochkonzentrierter Säurelösungen verzichtet werden. Das Hauptziel der ersten Projektphase besteht in der Beherrschung des bisher nicht in der Literatur adressierten ECPeP-Prozesses zur Nachbearbeitung von initial rauen, metallischen Oberflächen. Dies erfordert ein vertieftes wissenschaftliches Verständnis der periodisch-wechselnden chemisch-physikalischen Wirkmechanismen beim Übergang der elektrochemischen (EC) zur plasmaelektrolytischen Teilperiode (PeP). Zu diesem Zweck wird eine Simulationsmethode zur Beschreibung des transienten Gashüllen-Bildungsmechanismus während ECPeP entwickelt und validiert. Das entwickelte Modell soll dazu dienen, geeignete Parameter für einen stabilen ECPeP-Prozess zu ermitteln. Darüber hinaus trägt die Bewertung des anodennahen Stofftransports zur Erweiterung der Kenntnisse über die Wirkmechanismen beim ECPeP bei. Die optische messtechnische Bewertung der oberflächennahen Bereiche des Werkstücks mit der Schnellbildkamera wird zur Analyse des Gashüllenverhaltens und darüber hinaus zur Validierung des Simulationsmodells eingesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt der Experimente ist die Charakterisierung des Einflusses der ECPeP-Prozessparameter (Frequenz f, Tastgrad tp, Spannung U) auf den Polierprozess und das Polierergebnis. Am Ende der ersten Projektphase ist der Mechanismus der Gashüllenbildung während des ECPeP verstanden und der Einfluss der periodisch auftretenden Gashülle auf den Stofftransport beschrieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen