Magnetische Datenspeicherung auf

Magnetische Datenspeicherung auf Verschleißschutzschichten
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Magnetische Datenspeicherung auf Verschleißschutzschichten
Auf einen Blick
Datenspeicherung auf
thermischen Spritzschichten
Unempfindlich gegenüber
Hitze und Feuchtigkeit
Alternative zu RFID-Chips
oder Barcodeaufklebern
08. 2016
IW | So wie der Magnetstreifen einer EC-Karte Daten speichert, sollen
künftig auch Informationen in Verschleißschutzschichten hinterlegt
werden. Das Institut für Werkstoffkunde (IW) will nach diesem Prinzip
eine langlebige Alternative zu RFID-Chips und Barcodes entwickeln.
Der Fachbereich Füge- und Oberflächentechnik (FORTIS) des IW erforscht
Technologien zur Beschichtung von hochbeanspruchten Bauteiloberflächen.
Dazu gehören auch thermische Spritzverfahren, bei denen spezielle Pulver mit
hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen auf die zu beschichtenden
Oberflächen geschossen werden. Beim Auftreffen auf das Bauteil erzeugen
sie eine extrem harte und widerstandsfähige Schutzschicht. Diese Verfahren
sind Stand der Technik und werden in der Industrie erfolgreich eingesetzt.
Nun will das IW die Spritzschutzschichten um eine zusätzliche Funktion
erweitern und zur magnetischen Datenspeicherung nutzen. Ziel der Forscher
ist es, Informationen in der Schicht abzulegen und diese später wieder
auszulesen. So ließen sich wichtige Informationen direkt auf der
Bauteiloberfläche speichern – etwa der Termin der nächsten Wartung.
Schutzschicht mit Zusatzfunktion
Im Vergleich zu bisherigen Speichermethoden hätten Spritzschutzschichten
einen entscheidenden Vorteil: Ihre Widerstandsfähigkeit. Klassischerweise
werden zur Datenspeicherung Funketiketten (RFID-Chips) oder gedruckte
Barcodeaufkleber verwendet. Sie halten jedoch extremen Umweltbedingungen
nicht stand. Starke Hitze oder Feuchtigkeit können die Sensoren und
Aufkleber zerstören. Thermische Spritzschichten wurden dagegen für genau
solche Bedingungen entwickelt, da ihre Hauptaufgabe der Schutz von
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Bauteilen vor extremen externen Einflüssen ist.
Die Idee, Schutzschichten zur Datenspeicherung zu nutzen, entstand im
Sonderforschungsbereich
(SFB)
653
„Gentelligente
Bauteile
im
Lebenszyklus“.
Dabei
entwickelte
das
IW
eine
magnetische
Magnesiumlegierung durch die Zugabe von Kobaltpartikeln. Viele der beim
thermischen Spritzen verwendeten Ausgangspulver beinhalten bereits solche
magnetischen Partikel. Vergleicht man den Querschnitt einer klassischen
thermischen Spritzschicht mit einem herkömmlichen Magnetspeicherband, so
zeigen beide einen ähnlichen Aufbau. Beide besitzen eine Grundmatrix, die
nicht magnetisch ist. Darin eingebettet sind magnetisch wirksame Partikel:
Beim Magnetband handelt es sich um Eisenoxid, bei den Spritzschichten
beispielsweise um Kobalt.
Klassische Magnettechnik für besonderen Einsatz
Doch lassen sich diese Eigenschaften auch zur Speicherung von
Informationen nutzen? Das wollten die Wissenschaftler am IW-FORTIS
herausfinden. Für die Versuche verwendeten sie als Spritzpulver ein
sogenanntes Wolframkarbid mit Kobaltanteil (WCCo). In der Industrie wird
diese spezielle Beschichtung auf Walzen in der Papierherstellung eingesetzt,
weil ihr Verschleiß sehr gering ist.
Für die Testmessungen wurden Probenkörper aus unmagnetischem
Aluminium hergestellt und anschließend mit WCCo beschichtet. Die
aufgebrachten Schichten waren zwischen 100 µm bis 500 µm dick, dieser
Bereich ist für thermische Spritzschichten typisch. Magnetisieren ließ sich die
Schicht mit Permanentmagneten und einer Markierschablone mit 10 mal 10
Bohrungen (siehe Bild 2). In diese Bohrungen setzten die Forscher Magneten
ein und erstellten so einen Data-Matrix-Code als Stempel, den sie auf die
thermische Spritzschicht aufsetzten.
Das Ergebnis konnten sie sofort überprüfen: Dazu legten sie einen „Magnetic
Viewer“ auf die magnetisierte Stelle. Der Viewer ist mit einer Flüssigkeit
gefüllt, die magnetische Eigenschaften besitzt. So konnten die Forscher die
magnetischen Felder auf der Spritzschicht für das bloße Auge sichtbar
machen (siehe Bild 3). Die Versuche zeigten, dass sich Informationen
problemlos auf der Oberfläche der thermischen Spritzschicht abspeichern
lassen.
Magnetfeldmessung zeigt: Die Idee funktioniert
Für das Auslesen des Codes gibt es mehrere Möglichkeiten. Durch den
„Magnetic Viewer“ wird der Code optisch sichtbar gemacht und könnte nun
mit einem Barcode-Scanner, wie er zum Beispiel an der Supermarktkasse
verwendet wird, ausgelesen und decodiert werden.
Etwas aufwendiger, aber deutlich präziser ist das Auslesen mit einem
Magnetfeldmesser, der mit einem Hallsensor ausgestattet ist und zeilenweise
über die Oberfläche der thermischen Spritzschicht geführt wird. Damit kann für
jeden Punkt auf der Oberfläche die Magnetisierung quantitativ bestimmt und
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dreidimensional dargestellt werden. Bild 4 zeigt die aufbereiteten Daten einer
solchen Messung in einem Diagramm. Dabei kennzeichnen blaue Bereiche
keine oder eine sehr geringe Magnetisierung und rote Bereiche eine hohe
Magnetisierung. Man kann sehr gut die magnetischen „Abdrücke“ der
einzelnen in der Schablone eingesetzten Magneten erkennen.
Von der Forschung zur Anwendung
Auf Schutzschichten lassen sich Daten prinzipiell abspeichern – das haben die
bisherigen Versuche gezeigt. Die eigentliche Forschungsarbeit beginnt jedoch
erst jetzt. Zunächst wollen die Forscher die werkstoffkundlichen Mechanismen
ergründen. Dazu gehört die Analyse der Mikrostruktur der thermischen
Spritzschichten, um zu verstehen, was während der Magnetisierung im
Material passiert und welche Auswirkungen dies auf die restlichen
Werkstoffeigenschaften hat.
Zudem wollen die Forscher Anwendungsmöglichkeiten ausloten. Auf Walzen
in der Papierindustrie, die ohnehin mit WCCo beschichtet werden, ließen sich
mit der neuen Technologie beispielsweise Wartungsintervalle oder
Standzeiten abspeichern. Da sich die Daten auch wieder löschen lassen,
können sie jederzeit aktualisiert werden.
von Gian Luigi Angrisani
E-Mail: [email protected]
Tel.: (0511) 762-18170
Webseite: www.iw.uni-hannover.de
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