Zum Hauptinhalt springen
Titelbild für aktuelle Nachrichten der DGO

ZVO-Oberflächentage 2019: „Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten“

Die gut besuchte Vortragsfolge „Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten“ bot eine überzeugende Leistungsschau laufender Forschungsarbeiten an Universitäten und Hochschulen häufig in Verbindung mit Fachfirmen. Ein wesentliches Thema betraf die Entwicklung neuer Elektrolytsysteme.

Die Definition neuer Elektrolyte insbesondere für die Legierungsabscheidung ist im weitgehend üblichen Trial-and-Error-Verfahren ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Im Vortrag von Markus Müller (TU Chemnitz) wurden thermodynamische und kinetische Betrachtungen und Messungen vorgestellt, die für die komplexierten Systeme eine numerische Auslegung und damit ein Arbeitsfenster definieren. Mit Hilfe eines derartigen numerischen Elektrolytdesigns, Design of Experiments (DoE) und vollautomatischer robotergestützter Experimentführung, können Entwicklungszeiten drastisch reduziert werden. Die Auslegung der Elektrolyte wird speziell dem Anwendungsfall angepasst. So ist es möglich, eine sehr gute Streufähigkeit bei gleichzeitig hoher Stromausbeute reproduzierbar einzustellen.

Elektrochemische Abscheidung aus ionischen Flüssigkeiten

Die Nutzung ionischer Flüssigkeiten erlaubt wegen des vergrößerten elektrochemischen Fensters von 5 bis 6 Volt die Abscheidung von Metallen und Legierungen, die wie etwa für Al, Ta oder Ti aus wässrigen Lösungen nicht möglich ist. In zwei Beiträgen wurde der Einfluss von Additiven sowie die Verwendung spezieller Pulsparameter auf die elektrochemische Abscheidung von Niob (Andrea Endrikat, TU Ilmenau) und von Tantal (Thomas Engemann, TU Ilmenau) aus Metallhalogeniden diskutiert. Dabei ist das Ziel, geeignete Abscheide- und Nachbehandlungsbedingungen zu finden und so die resultierenden Schichten zu optimieren. Deutliche Schwierigkeiten ergeben sich aus verschiedenen Zwischenstufen bei der Reduktion der Metalle, bei der Schichthaftung und in den Eigenspannungen der Überzüge. Die Abscheidung stellt derzeit noch eine Grundlagenforschung dar und erscheint deutlich entfernt vom schon existierenden technischen Standard beispielsweise der Abscheidung von Aluminium und dessen Legierungen aus ionischen Flüssigkeiten.

Kinetische Untersuchung zur Optimierung von Chrom(III)-basierten Verfahren

Aufgrund der gesundheits- und umweltgefährdenden Wirkung von Chrom(VI)-Salzen steht die Entwicklung von Chrom(III)-basierten Elektrolyten im Fokus der galvanotechnischen Forschung. Empirische Studien belegen, dass Carbonsäuren die Abscheidung von Chrom aus dreiwertigen Chromelektrolyten verbessern können. Zentrale Bedeutung kommt dabei der Komplexbildung der Chrom(III)-Ionen mit den Carbonsäuren zu. Der zugrundeliegende Mechanismus ist allerdings noch nicht verstanden. Viele Chrom(III)-Verbindungen sind in wässrigen Medien kinetisch sehr inert und reagieren verhältnismäßig langsam mit Komplexbildnern wie etwa Carbonsäuren. Hierzu von Lisa Büker (Kiesow Dr. Brinkmann) vorgetragene kinetische Untersuchungen sollen zu einer zielgerichteten Optimierung der Zusammensetzung von Cr(III) Elektrolyten zur Hartchromabscheidung führen.

Prozess-Diagnostik von PEO-Prozessen

Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) besitzt ein großes Anwendungspotenzial als Korrosionsschutz von Mg-Legierungen. Insbesondere unter Verwendung fluoridfreier, ökologisch unbedenklicher Elektrolyte stellt die Herstellung dichter Schutzschichten jedoch noch immer eine große Herausforderung dar. Der Beitrag von Claudia Albero Rojas (TU Chemnitz) diskutierte die Möglichkeit der Prozessüberwachung anhand messbarer elektrischer Prozessparameter, um einen direkten Rückschluss auf Schichtmikrostruktur und Schichteigenschaften zu ermöglichen. Als ein vielversprechendes Kriterium wurde die bei gepulster Stromführung auftretende „Schwellspannung“ identifiziert. Hierbei ist ein direkter Zusammenhang zwischen Schwellspannung und Schichtdicke sowie mit dem Korrosionsverhalten erkennbar. Die Schwellspannung eignet sich folglich als integrales Bewertungskriterium der Schichtqualität für die Prozess-Diagnostik von PEO-Prozessen und die Online-Überwachung des Prozesses.

Anwendungsfelder für die Druckmesstechnik

Anwendungsfelder für die Druckmesstechnik sind allgegenwärtig und durch eine große Bandbreite an Anforderungen gekennzeichnet – sowohl was die zu messenden Drücke und Medien als auch die Umgebungsbedingungen der Messung betrifft. Um mit einem Messprinzip in möglichst vielen Anwendungsfeldern erfolgreich zu sein, ist die Skalierbarkeit eines Sensors eine Grundvoraussetzung. Im von Kayla Johnson (FEM) vorgetragenen Projekt wurde über die Herstellung von CuSn-Sensormembranen mittels Galvanoformung auf 3D-gedruckten Kunststoffsubstraten berichtet. Die Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik sind neben der freieren Materialwahl die Herstellungsmethode: Galvanoformung statt Tiefziehen und Stanzen, wo Anisotropieeffekte in Formabweichungen resultieren können. Mit Hilfe einer Simulation des Prozesses konnten die Abscheideparameter und Blendengeometrie so optimiert werden, dass gewünschte Membrangeometrien generiert werden konnten.

Kombinierte Druckverfahren ersetzen organische Masken

Mit Hilfe von elektrochemischen Verfahren ist es möglich, Metallschichten aufzubringen (Plating) oder abzutragen (Electrochemical Machining ECM). Häufig ist eine solche Bearbeitung nicht nur flächig, sondern lokal gewünscht, wozu zusätzliche Prozessschritte nötig sind. Statt wie bisher üblich organische Masken zu verwenden, kann durch eine geschickte Kombination aus Druckverfahren wie Siebdruck und Dispensen mit der elektrochemischen Bearbeitung ECM zu einem Einzelprozess gänzlich auf organische Masken verzichtet werden. Im Vortrag von Mathias Kamp (Fraunhofer ISE) wurden Beispiele zur Herstellung von Leiterbahnen für Solarzellen oder weitere Anwendungen wie RFID-, NFC-Antennen erläutert.