Dynamic behavior of impacting water drops on superhydrophobic solid surfaces provides important details on the stability/durability of such solid surfaces. Multi-scale surface roughness combined with a layer of low energy chemical is an essential surface modification process followed to create superhydrophobic capabilities on solid surfaces. The present work aims at studying the effect of low energy surface coating on droplet impact dynamics by carrying out experiments of water drop impacts on rough solid surfaces with and without chemical modification. A group of six aluminium alloy (Al6061) surfaces (three pairs) are prepared. Roughness, characterized in terms mean surface roughness, Ra, is introduced to these metallic surfaces using sand-paper polishing, electric discharge machining (EDM), and chemical based surface etching process. Low energy surface layer is laid on the rough surfaces by coating NeverWet hydrophobic solution, octadecyl-trichloro-silane (OTS), and perfluorodecyltricholorosilane (FAS-17). The impact dynamics of water drops is analyzed by capturing high speed videos for a range of drop Weber number from 1 to 570 and the salient features of drop impact process on the coated rough surfaces are compared with the corresponding uncoated rough surfaces. A one-to-one comparison on the spreading, fingering, receding, and final equilibrium of impacting drops on the coated and uncoated target surfaces is presented. Upon coating NeverWet, the original surface features of the base aluminium surface are completely covered by the hydrophobic coating material resulting in a fresh top surface layer. The outcomes as well as the bounce-off characteristics of impacting water drops on the coated surface are comparable to those observed on lotus leaf. The surface morphology features of rough aluminium surfaces coated with OTS and FAS-17 are comparable to those of the corresponding uncoated surfaces. The quantitative measurements on primary spreading and maximum spread factor of impacting drops are largely unaffected by the presence of low energy chemical coating. The dominant effect of surface coating is seen on the receding of impacting drops and hence the final drop configuration. This behavior is more prominently seen on EDM fabricated rough surface (larger Ra) combined with OTS coating than that on etching based rough surface (smaller Ra) combined with FAS-17 coating highlighting the dependence of coating effect with roughness features.

Die Arbeit richtet sich an Personen der vorwettbewerblichen werkstofftechnischen Forschung und Entwicklung bzw. Personen, die mit einer Produktvorentwicklung betraut sind. Die Arbeit erhebt den Anspruch, für diese Phase eine Vorgehensweise aufzuzeigen, die durch die Nutzung einfach zugänglicher Kenngrößen verschiedenster werkstoff-, produktions- und produkttechnischer Kriterien eine umfassende Nachhaltigkeitsbewertung ermöglicht. In der Arbeit werden anhand identifizierter Strategien werkstofftechnische Maßnahmen zur Steigerung der Nachhaltigkeit in der Produktion aufgegriffen und diskutiert. Es werden Betrachtungsraumgrenzen im Werkstofflebenszyklus erörtert, sowie das Wirken werkstofftechnischer Maßnahmen im Kontext einer nachhaltigen, ressourceneffizienten Produktion diskutiert. Anhand der erarbeiteten Grundlagen werden Kriterien festgelegt, welche die Wirkung werkstofftechnischer Maßnahmen auf die Nachhaltigkeit eines Produkts oder Prozesses sichtbar machen. Im Anschluss wird ein formalisiertes Vorgehen vorgestellt, mit dem konkrete Maßnahmen innerhalb verschiedener Betrachtungsraumgrenzen bewertet und verglichen werden können. Schließlich erfolgt unter Anwendung dieses Vorgehens die Bewertung verschiedener Beispiele werkstofftechnischer Maßnahmen, die nachhaltige Produkte bzw. Produktionsweisen zum Ziel haben. Die Ergebnisse der Bewertungen bilden dabei zum einen Ausgangspunkte für die Anpassung und Weiterentwicklung der betrachteten Maßnahme. Zum anderen dienen sie als Basis für detailliertere Bewertungen unter Nutzung zusätzlicher ökologischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeitskriterien. Die bereitgestellte Vorgehensweise sowie die hinzugezogenen Bewertungskriterien orientieren sich vorrangig an den Aufgaben und Problemstellungen der metallverarbeitenden produzierenden Industrie. / The work is addressed to people involved in pre-competitive materials engineering, research and development, or to people entrusted with preliminary product development. It claims to demonstrate a procedure for this phase of production that enables a comprehensive sustainability assessment by using easily accessible parameters of various criteria from material, production and the product itself. The work uses identified strategies to address and discuss measures from material engineering that aim for an increased sustainability in production. The boundaries of the material life cycle are discussed, as well as the effects of material-related measures in the context of a sustainable, resource-efficient production. Basing on the developed principles, criteria are defined which make the effect of material engineering on the sustainability of a products or processes visible. Subsequently, a formalized procedure is presented with which concrete measures can be evaluated and compared with respect to different boundaries set to the product or material life cycle. Finally, this procedure is used to evaluate different examples of material-related measures. The results of the assessments form both, a starting point for the adaptation and further development of the measure under consideration, and a basis for more detailed evaluations using additional ecological, economic and social sustainability criteria. The introduced approach and evaluation criteria are thereby primarily oriented towards the tasks and problems of metalworking manufacturing industries.