Process development for the production of free‐standing titanium coatings with plasma spraying

Abstract Poröse Transportschichten aus Titan bilden einen wichtigen Bestandteil für die Polymerelektrolytmembran‐Wasserelektrolyse. In der Forschung wird bereits aufgezeigt, dass poröse Transportschichten durch das Vakuumplasmaspritzen hergestellt werden können. Dazu werden Titanschichten durch die Ablösung vom Stahlsubstrat mit Hilfe einer Schwefelsäure‐Lösung hergestellt. Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden neue Prozesse zur Herstellung freistehender Titanschichten verfolgt. Dazu wurden Titanschichten mit dem atmosphärischen Plasmaspritzen auf verschiedene Substrate aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff, austenitischem Stahl sowie Titan appliziert. Die Temperatur der Proben wurde beim Beschichten mit einer Thermokamera erfasst. Titanschichten wurden mechanisch bzw. mit Hilfe der Ablösung einer Natriumchloridschicht im Wasser vom Substrat abgetrennt. Die Topografie der Substrate sowie der Titanschichten wurden mit dem konfokaler Laserscanning‐Mikroskop untersucht. Die Schichtstruktur der Titanschichten sowie die Oberfläche der Natriumchloridschicht wurden mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Titanschicht auf Basis der Eigenspannung im Schichtsystem vom Substrat aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff mechanisch abgetrennt werden konnte. Die Neigung zur Schichtabtrennung vom Stahlsubstrat ist jedoch abhängig von den eingestellten Prozessparametern. Im Vergleich zu einer rein mechanischen Schichtablösung ermöglicht eine Natriumchlorid‐Zwischenschicht auf dem Titansubstrat eine deutlich höhere Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Schichtablösung.