Der Referent
Im Vortrag zu verschleißoptimierten Edelmetallschichten werden mit den Projekten „Galvanische Abscheidung von dispersionsverfestigten Goldschichten auf der Basis von keramischen Nanopartikeln“ und „Nasschemische Elektrolyt- und Prozessentwicklung, sowie Charakterisierung von Iridium- und Iridiumlegierungsschichten“ zwei Forschungsprojekte der Fachgruppe Fertigungs- und Werkstofftechnik auf der 17. Nachwuchswissenschaftlerkonferenz in Schmalkalden vorgestellt. Referent ist Johannes Näther, Forschungsmitarbeiter der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Der Schwerpunkt der Präsentation liegt in der Vorstellung der Ergebnisse, die bei der Verbesserung kommerzieller Hartgoldelektrolyte erreicht wurden. Weiterhin werden Forschungsansätze zur Verwendung von Iridiumschichten als alternatives Kontaktmaterial vorgestellt.
Das Forschungsthema
Häufig wird der Begriff Edelmetall in direkten Zusammenhang mit dekorativen Anwendungen oder der Herstellung von Schmuck gebracht. Dabei wird auch ein großer Anteil für technische Anwendungen genutzt. Eine Vielzahl elektronischer Schaltungen, basiert auf der Verwendung von galvanisch abgeschiedenem Gold als Endoberfläche für Steck - und Schaltkontakte. Gold bietet besonders bei der Schaltung geringer Leistungen den Vorteil eines niedrigen Übergangswiderstands, da die Kontaktierung nicht durch die Ausbildung einer Oxidschicht beeinträchtigt wird. Um den Ressourceneinsatz und die Herstellkosten möglichst gering zu halten, werden die Edelmetallschichten immer dünner. Für dekorative Anwendungen liegt die „Dicke“ der Goldschicht z.T. bei nur 60nm. Auch für Kontaktanwendungen führt der Kostendruck auf die Hersteller zu immer geringeren Schichtdicken. Trotzdem müssen die Kontaktoberflächen über viele Steckzyklen hinweg eine zuverlässige Verbindung zwischen den elektronischen Bauteilen sicherstellen. Reine Goldschichten sind für diese Anforderung häufig zu weich. Eine Steigerung von Härte und Abriebfestigkeit wird durch die Legierungsbildung mit geringen Anteilen von Nickel, Kobalt oder Eisen erreicht. Diese Legierungen werden üblicherweise als Hartgold bezeichnet.
Im Rahmen des IGF-Projekts „Galvanische Abscheidung von dispersionsverfestigten Goldschichten auf der Basis von keramischen Nanopartikeln“ mit dem Förderkennzeichen 16864BR, wurde in einer Zusammenarbeit der Hochschule Mittweida mit dem Fraunhofer Institut IKTS in Dresden der Versuch unternommen die Härte kommerzieller Hartgoldschichten zu steigern. Dafür wurden zwei Forschungsansätze verfolgt. Während das IKTS in Dresden sich mit dem Einbau von keramischen Nanopartikeln in die Goldschicht beschäftigte, wurde in Mittweida an der Verbesserung der Härte der Goldmatrix geforscht. Dafür wurden dem Ausgangselektrolyten unterschiedliche Additive (organische und anorganische) zugegeben und deren Einfluss auf die Goldmatrix untersucht. Die abgeschiedenen Goldschichten wurden unter anderem auf Härte und Verschleißrate untersucht. Mit der optimierten Goldmatrix konnte die Härte der Goldschichten über 30% gesteigert werden.
Für die Signalübertragung von bzw. zu rotierenden Bauteilen kommen Schleifkontakte zum Einsatz. Aufgrund der abrasiven Beanspruchungen bestehen hierfür besonders hohe Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit der Endoberflächen. Die hohe Härte des Elements Iridium (600HV) in Verbindung mit den guten Eigenschaften in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Leitfähigkeit macht es zu einem interessanten Element für die Verwendung als Kontaktwerkstoff. Im Rahmen des IGF-Projekts “Nasschemische Elektrolyt- und Prozessentwicklung, sowie Charakterisierung von Iridium- und Iridiumlegierungsschichten“ (Förderkennzeichen 185443BG) wird an der Hochschule an der Entwicklung eines Iridiumelektrolyten gearbeitet, der eine effektive Abscheidung aus wässrigen Systemen erlaubt.
Text: Johannes Näther