„Oberflächeneigenschaften von Edelstahl: Wie das Anhaftungsverhalten von Produkten durch die Bearbeitung der Oberfläche beeinflusst werden kann …“

Die Anhaftung von Mikroorganismen und Partikeln, aber auch das Auftreten von anderen Schädigungsmechanismen wie beispielsweise Rouging, wird bei rostfreien Stählen maßgeblich durch die Oberflächenbearbeitung und die daraus resultierende Oberflächenausführung bestimmt. Zentrale Einflussgrößen sind dabei die Oberflächenrauheit, die chemische Zusammensetzung der Oberfläche sowie die daraus abgeleiteten physikochemischen Eigenschaften wie Oberflächenenergie und Benetzbarkeit. Auf mikroskopischer und nanometrischer Skala wirken intermolekulare Kräfte – insbesondere van-der-Waals-, elektrostatische und solvationsbedingte Wechselwirkungen – als treibende Mechanismen der initialen Adhäsion. Die Oberflächenrauheit beeinflusst primär die reale Kontaktfläche zwischen Partikel beziehungsweise Mikroorganismus und Substrat. Während ideal glatte Oberflächen eine maximale Annäherung und damit starke intermolekulare Wechselwirkungen ermöglichen, führen bereits geringfügige Rauheiten im Nanometerbereich zu einer deutlichen Reduktion der effektiven Kontaktfläche. Dies resultiert häufig in einer Verringerung der Adhäsionskräfte, da der Kontakt nur über einzelne Asperitäten erfolgt. Gleichzeitig kann Rauheit jedoch auch gegenteilige Effekte hervorrufen: Insbesondere bei viskoelastischen oder biologischen Systemen, wie Mikroorganismen mit extrazellulären polymeren Substanzen (EPS), passt sich die Struktur an die Oberflächentopographie an, wodurch sich die reale Kontaktfläche erhöht und die Adhäsion verstärkt werden kann.
Ein weiterer entscheidender Faktor ist die strukturelle und chemische Heterogenität der Oberfläche, die durch unterschiedliche Bearbeitungsverfahren wie Polieren, Schleifen, Beizen und auch Elektropolieren entsteht. Dabei gilt es zu beachten, dass die angewendeten Bearbeitungsverfahren auch bei einer final vergleichbaren Oberflächenausführung zu unterschiedlichen Eigenschaften der Oberfläche führen können. So können makroskopische Effekte an der Bauteiloberfläche, welche durch den Schleifprozess erzeugt wurden, bei unsachgemäßer Verarbeitung sich auch nach dem Elektropolierprozess negativ auf das Anhaftungsverhalten von Partikeln auswirken. Im Rahmen dieses Beitrags sollen die Einflussfaktoren aus unterschiedlicher Perspektive beleuchtet und die Auswirkung der einzelnen Fertigungsschritte auf das Anhaftungsverhalten und die erzielten Eigenschaften diskutiert werden. Es kann gezeigt werden, dass bei vergleichbarer Oberflächentopografie und Rauheit durch eine optimierte Beeinflussung der mechanischen Oberflächenbearbeitung eine deutliche Reduktion an Partikelanhaftungen realisiert werden kann. Die Gegenüberstellung von unterschiedlichen Oberflächenausführungen am Beispiel der Partikelanhaftung illustriert diese und soll zur Sensibilisierung bei der Auswahl von Oberflächenausführungen im Bereich des Apparate- und Anlagenbaus beitragen.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Anhaftung an rostfreien Stählen das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels aus Oberflächenrauheit, Oberflächenenergie und struktureller Heterogenität ist. Während glatte, homogen ausgeführte Oberflächen tendenziell eine geringere stabile Anhaftung ermöglichen, können rauere oder strukturierte Oberflächen die Anhaftungen begünstigen. Die gezielte Kontrolle der Oberflächenbearbeitung stellt daher einen wesentlichen Ansatz zur Minimierung unerwünschter Anhaftungen und Verbesserung der Reinigbarkeit in technischen und hygienisch sensiblen Anwendungen dar.