维度网讯，弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）联合工业伙伴，在RePEEK、EPOS、LEMBAS和pureWaterSeal四个项目中开发基于激光的无PFAS高性能涂层工艺，覆盖大型金属部件、滑动轴承、弹性体辊和密封件等工业应用场景。这些工艺利用激光能量精确、局部且短时作用于材料表面的特性，使无PFAS替代材料能够被可靠涂覆到不同基材上，并规避传统炉工艺能耗过高或热损伤基材的问题。
全氟和多氟烷基物质（PFAS）化学和热稳定性极高，能够降低摩擦、防止磨损与腐蚀、避免粘附，并在润滑膜失效时提供紧急运行性能。该所薄膜工艺组组长塞缪尔·莫里茨·芬克博士（Dr. Samuel Moritz Fink）表示，含PFAS的材料通常位于部件承受载荷最大的位置，替代材料既要能附着于金属、塑料或橡胶表面，又须承受高温、在负载下不脱落，并兼顾大型部件的涂覆经济性。像聚醚醚酮（PEEK）这类材料在化学和机械性能上有潜力，但未必能达到聚四氟乙烯（PTFE）的全部性能，因此仅更换材料并不足以解决问题。
关键在于涂覆工艺。该所表面技术与材料去除部门负责人克里斯蒂安·维德博士（Dr. Christian Vedder）指出，研究重点并非单纯的材料替代，而是通过激光工艺有针对性地构建创新层体系。激光可以对表面结构化、改善替代材料与部件的连接，或局部改变涂层，同时避免对整个部件造成强烈加热。
RePEEK项目面向机械工程领域的大型滑动轴承、密封件、活塞和电磁阀等运动高负载部件，开发PEEK基涂层。在风力发电设备的大型滑动轴承中，轴通常在含PTFE的层体系中运转。大型金属部件若整体放入炉中加热，能耗高且周期长，被加热的材料远多于实际涂层所需。研究团队先用激光在金属表面生成一层有目的粗糙化的金属层，再于相同工艺环境中施加PEEK粉末并局部熔融，使塑料锚定在粗糙金属表面，形成金属功能层与PEEK基顶层组成的复合材料。团队为此开发了旋风喷嘴技术并已申请专利，该喷嘴使气流大幅减速，粉末以较低速度撞击表面而不弹开，材料利用率和工艺可控性随之提高。
EPOS项目由弗劳恩霍夫ILT的德利尔·伊德里斯·德米尔（Delil Idris Demir）主持，研究如何在大尺寸滑动轴承部件上以高工艺可靠性和多层方式构建PEEK基涂层。逐步涂覆可在不将重达数吨的部件整体加热的情况下实现更大涂层厚度。ACS Coating Systems参与该项目，该公司自20世纪90年代中期以来持续开发此类滑动涂层，现生产厚度从几微米到一毫米的涂层，其总经理克里斯托夫·施特歇尔博士（Dr. Christoph Stecher）从涂层结构、工业应用和后续批量生产角度加入项目。梅泽堡聚合物服务有限公司（Polymer Service GmbH Merseburg，简称PSM）在卡特琳·赖因克教授（Prof. Dr. Katrin Reincke）领导下对涂层进行检测评估，重点考察PEEK的结晶度、组织结构、热状态及机械和热机械性能，以协调激光工艺与多层涂层结构，确保涂层均匀附着并承受滑动轴承运行中的载荷。
LEMBAS项目针对薄膜生产、包装工业、纸张生产和医疗技术中使用的弹性体辊和滚筒。辊表面颗粒在高速工艺中容易引发问题，行业常用硅酮涂层提供防粘性能，但耐久性难以满足现代高速工艺要求。来自弗劳恩霍夫ILT薄膜工艺组的亚当·埃尔-萨鲁特（Adam El-Sarout）指出，硅酮涂层虽然提供所需防粘性能，但并不总能达到现代高速工艺要求的耐久性。团队与涂层专家Rhenotherm合作，开发使用PEEK、聚酰胺或聚丙烯等高性能聚合物的激光工艺，这些材料比硅酮更耐磨、更耐化学腐蚀且不含PFAS。技术难点在于温度窗口：高性能聚合物熔融需要高温，而EPDM等弹性体耐热有限，若将橡胶辊整体加热，基材会受损。激光仅在涂层材料中局部且短暂产生高温，使功能层熔融，同时保护下方弹性体部件。团队还开发了一种中间层以保护弹性体并加强涂层连接，并调整材料的光学与流变性能以适应激光工艺。
pureWaterSeal项目由弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）与弗劳恩霍夫材料力学研究所（IWM）共同开展，目标是开发无需PFAS且可配合水基润滑液运行的可持续密封件。IWM专家开发了专为无PFAS塑料部件设计的类金刚石碳涂层（Diamond-like carbon，DLC），ILT团队随后用激光对涂层进行结构化，局部消除内应力和机械载荷，同时保持整体涂层稳定性。激光结构化与涂层结合可降低摩擦、提高耐磨性并延长密封件使用寿命。据该所表面结构化团队负责人马蒂亚斯·拉尔曼（Matthias Laermann）介绍，德国每年消耗约一百万吨含油润滑剂，仅一升就能污染多达一百万升地下水。首批原型已在地热发电厂泵中运行，研究团队正与工业合作伙伴将密封件适配至乘用车、船舶螺旋桨、风力发电机和收割机等应用领域，同时为转移至更大设备和工业批量生产做准备。
上述项目的共同结论是，淘汰PFAS不能仅靠材料替换，还需要配套的制造与表面处理工艺。激光作为关键工具，可在局部完成材料涂覆、熔融或功能层结构化，避免给下方部件增加不必要的热负担。企业无需等待一种能覆盖所有PFAS应用的单一替代方案，弗劳恩霍夫ILT与工业伙伴正针对不同部件和应用要求开发定制层体系，包括滑动轴承的低摩擦表面、辊的耐磨防粘涂层，以及水基润滑液环境中的无PFAS密封系统。
