Iridium besitzt aufgrund seiner hohen Härte, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit ein großes Anwendungspotential als Endoberfläche für hochbeanspruchte Schleif- und Steckkontakte. Zusätzlich hat sich Iridium als wichtigster Katalysator bei der Polymerelektrolyt-Membran-Elektrolyse etabliert. Die Arbeit untersucht die galvanische Abscheidung aus wässrigen Elektrolyten als Alternative zu technisch etablierten Verfahren der Dünnschichttechnik. Die Vorteile liegen dabei besonders in einer wirtschaftlicheren Herstellung von dünnen Schichten auf komplexen Bauteilgeometrien.
Im Rahmen der Arbeit untersuchte Johannes Näther zunächst das Phänomen der Badalterung bei der Abscheidung aus Hexabromoiridatlösungen. Als wichtigste Ursache wird die Bildung eines elektrochemisch inerten Aquakomplexes identifiziert, die zum Nachlassen der kathodischen Stromausbeute führt. Dieser Prozess kann durch die Trennung von Anoden- und Kathodenraum, die Auswahl des Anodenmaterials und die Elektrolytzusammensetzung beeinflusst werden. Die erzeugten Schichten weisen aufgrund des Einbaus von Fremdatomen ins Metallgitter und eines extrem feinkörnigen Gefüges deutlich höhere Eindringhärten als konventionelle Schichtsysteme auf Basis von Hartgold- oder Rhodiumschichten auf. Hohe Eigenspannungen führen allerdings zu verstärkter Rissbildung und einer schlechteren Performance der Schichten bezüglich der Übergangswiderstände und der Lebensdauer in dynamisch beanspruchten Kontaktsystemen.
Zur Maximierung der katalytisch aktiven Fläche bei der Beladung von Anoden für die saure Wasserelektrolyse wurden verschiedene Pulszyklen für die Abscheidung untersucht. Durch die Anpassung der Pulszeiten bzw. Pulspausen können nanoskalige Iridumpartikel auf der Oberfläche von Titansinterelektroden erzeugt werden. Erste Testergebnisse im Rahmen der Arbeit zeigen eine ähnlich gute Performance im Vergleich zu den Benchmarkproben, wobei die Iridiumbeladung gegenüber dem Stand der Technik um bis zu 90 % reduziert werden konnte. Zudem sind infolge der verbesserten Anbindung der Teilchen an die Elektrodenoberfläche eine verringerte Katalysatordegradation und folglich eine erhöhte Standzeit des Elektrolyseurs zu erwarten.
Die Arbeit wurde zunächst unter dem Eigenverlag des IWW (Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik) in der Schriftenreihe „Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen“ und im Qucosa-Portal veröffentlicht.
Link zur Veröffentlichung: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-761604
Wir gratulieren Herrn Dr.-Ing. Johannes Näther herzlich und wünschen alles Gute!
Herr Näther arbeitet seit 2015 als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Fachgruppe Fertigungs- und Werkstofftechnik. Er wird der Professur auch nach der Promotion als wissenschaftlicher Mitarbeiter erhalten bleiben.
Text: Dr. Johannes Näther
Foto: privat