Eierschalen-Effekt

Was haben ein Frühstücksei und ein leckeres schokoladenüberzogenes Vanilleeis am Stiel gemeinsam?

Richtig: Bei beiden umhüllt eine harte Schale einen weichen Kern. Belastet man die Schale punktuell – beim Ei mit einem Löffel, beim Eis mit den Zähnen – bricht die Oberfläche unter dem Druck ein, weil der weiche Untergrund nachgibt. Dieses Phänomen wird als Eierschalen-Effekt bezeichnet.

Was haben ein Frühstücksei und ein beschichtetes Bauteil gemeinsam?

Bei beschichteten Bauteilen soll ein harter Überzug den Kern vor Verschleiß schützen. Durch mechanische Belastungen wie lineare oder punktförmige Drücke nagt aber auch hier der Zahn der Zeit. Wird das weichere Trägermaterial direkt mit einer sehr harten Funktionsschicht überzogen, kommt es durch den hohen Härteunterschied der beiden zum Eierschalen-Effekt. Die Beschichtung platzt ab und das Bauteil versagt dadurch.

Vermeidung des Eierschalen-Effekts

Um dies zu vermeiden, setzt ISO-TEC bei Verschleißschutzbeschichtungen auf Verbundschichten, die eine gradierte Härte aufweisen.

Soll z. B. eine 40 HRc hartes Bauteil im thermischen Spritzverfahren mit Hartmetall oder Keramik gegen Verschleiß beschichtet werden, so wird zuerst eine Verbund-Schicht aufgebracht, die nicht sprunghaft, sondern allmählich von der Grundhärte des Trägermaterials bis zur harten Endschicht übergeht. Die auf dem jeweiligen Trägermaterial exakt abgestimmte Verbund-Schicht, die aus Metall-Metall oder Metall-Keramik besteht und ca. 15 – 20 HRc über der Härte des Grundwerkstoffes liegt, fungiert als Puffer zwischen dem weichen Kern und der Funktionsschicht, die aus reinem Hartmetall oder hochfester Keramik mit Härtewerten weit über 70 HRc bestehen kann.

Zusätzlich gleicht sie bei Temperaturwechselbeanspruchung die unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen dem Trägermaterial und der Funktionsschicht.

Im Extremfall können sogar mehrere Verbund-Schichten aufgebracht werden, die jeweils ca. 15 HRc härter sind, als die darunterliegende.

Weitere Möglichkeiten bieten Dünnschichttechnologien, bei denen man durch Plasmanitrieren den Grundwerkstoff bzw. das Trägermaterial härtet. Aufbringung einer 3 µm dicken Verbundschicht aus Chrom-Legierung mit 60 HRc ist ebenfalls möglich.

In allen Fällen wird die Einwirkung der Hertz‘schen Pressung und das daraus folgende Zusammenbrechen der Schutzschicht vermieden. Oder anders gesagt: Der Eierschalen-Effekt wird verhindert und die Abnutzung der Funktionsschicht drastisch reduziert.

 

Fazit:
Eierschalen-Effekt ist allgegenwärtig. Immer dann, wenn harte Schutzschichten zusammenbrechen, weil der weiche Untergrund nachgegeben hat, spricht man vom Eierschalen-Effekt. Der Name klingt seltsam, heißt aber so!
Es gibt Möglichkeiten durch Aufbringung von innovativen Beschichtungen diesem Phänomen entgegenzuwirken. Das klingt unglaublich, ist aber tatsächlich so! Schildern Sie uns Ihre Aufgabenstellung und wir erläutern Ihnen unsere Vorgehensweise.