Jede verschmutzte Bauteiloberfläche besitzt einen schichtartigen Aufbau mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften in den einzelnen Schichten.
Die einzelnen aufeinanderliegenden Schichten sind:
Schicht
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Schichtdicke ca.
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Verunreinigungsschicht
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> 10-3 mm |
| Adsorptionsschicht |
10-7 mm - 10-6 mm |
| Reaktionsschicht |
10-6 mm - 10-5 mm |
| verformte Grenzschicht |
>10-3 mm |
| Grundwerkstoff |
- |
Jede dieser Schichten hat eine spezifische Zusammensetzung mit daraus resultierenden Eigenschaften, die sich unterschiedlich auf den Reinigungsvorgang auswirken können.
Die verformte Grenzschicht
Die an den Grundwerkstoff grenzende verformte Grenzschicht besteht aus dem gleichen Material wie der Grundwerkstoff. Sie unterscheidet sich jedoch aufgrund vorhergehender Umform- oder Zerspanvorgänge in ihrem mikroskopischen Aufbau von diesem. Sie kann unter anderem Unterschiede im Aufbau des Kristallgitters, der Anzahl der Versetzungen oder in der Korngröße aufweisen.
Die Reaktionsschicht
Die auf die Grenzschicht folgende Reaktionsschicht besteht aus Reaktionsprodukten des Grundwerkstoffes, üblicherweise Oxiden. Da sie an den Grundwerkstoff chemisch fest gebunden ist, ist eine Entfernung dieser Schicht oftmals nur schwer zu realisieren. Meist ist dazu der Einsatz abtragender Verfahren, wie beispielsweise Beizen oder Strahlen notwendig. Häufig bildet die Reaktionsschicht jedoch eine erwünschte Schutzschicht gegen äußere Einflüsse oder ihr Vorhandensein kann aus anderen Gründen akzeptiert oder gewünscht sein.
Die Adsorptionsschicht
Die außen an die Reaktionsschicht grenzende Adsorptionsschicht besteht aus werkstofffremden Substanzen. Die Fremdstoffe haben hier eine wesentlich höhere Bindungsenergie und sind schwerer zu entfernen als die Stoffe in der Verunreinigungsschicht. Die Adsorptionsschichtdicke beträgt meist nur einige Nanometer. Die Entfernung der Adsorptionsschicht durch Reinigung erfordert einen hohen Energieeintrag zur Überwindung der hohen Bindungsenergie und gestaltet sich daher schwierig. Ein weiteres Problem ist die Tatsache, dass an der Bauteiloberfläche unmittelbar nach der Reinigung wieder Gasteilchen aus der Umgebungsatmosphäre adsorbieren und so eine Entfernung der Adsorptionsschicht nur sehr kurzzeitig vorhält.
Die Verunreinigungsschicht
Die äußerste Schicht enthält die durch die Reinigung zu entfernenden Verschmutzungen. Um die Verunreinigungsschicht zu entfernen, ist ein Energieeintrag zur Überwindung der vorhandenen Adhäsionskräfte erforderlich. Die Adhäsionskräfte, durch die die Verunreinigungsschicht dem Werkstück anhaftet, können durch Van-der-Waals Kräfte, elektrostatische Kräfte, chemische Bindungen, magnetische Kräfte, Oberflächenkräfte, Kapillarkräfte und weitere bedingt sein. Da die Adhäsionskräfte und daher die Bindungsenergie der Verschmutzungen mit zunehmendem Abstand von der Bauteiloberfläche geringer werden, sind im Allgemeinen die äußeren Teile der Verunreinigungsschicht leichter entfernbar, als die weiter innen gelegenen. Um eine Verunreinigung von einer Bauteiloberfläche zu entfernen, muss also die Bindungsenergie EB überwunden werden, wobei der Energieeintrag, je nach Art des Reinigungsverfahrens, mechanisch, thermisch oder chemisch durch das Reinigungsmittel erfolgen kann. Die Größe der Bindungsenergie bedingt die Unterscheidung der Haftungsart zwischen Physisorption (EB <40 kJ/mol) und Chemisorption (EB > 40 kJ/mol). Die Chemisorption stellt dabei eine Vorstufe zur Ausbildung einer chemischen Bindung dar.
