Die Galvanotechnik zählt durch die elektrochemische Abscheidung von Metall-, Legierungs- sowie Dispersionsschichten zu einer wichtigen Beschichtungstechnologie für die ressourcenschonende Fertigung und Standzeitverlängerung von Bauteilen und Werkzeugen. Mit der Steuerung der Elektrolytzusammensetzung und den Prozessparametern für die Abscheidung, wie pH-Wert, Temperatur und Expositionszeit, können die für die spätere Anwendung erforderlichen Schichteigenschaften gezielt abgeschieden werden. Dabei wird in funktionelle (Verschleiß- und Korrosionsschutz) und dekorative Anforderungen (Optik, Glanz) unterschieden. Besonders Hartchromschichten besitzen aufgrund der hervorragenden Eigenschaften ein großes Anwendungsspektrum. Sie zeichnen sich durch hohe Schichthärten von 600 bis 1200 HV1 sowie sehr guten Verschleiß- und Korrosionseigenschaften aus. Typische mit Hartchrom beschichtete Beispiele sind Zylinder, Wellen und Kolben im Maschinen-, Anlagen- und Automobilbau.
Fokus Forschung: Galvanische Ni-W-Legierungsabscheidung aus wässrigen Systemen als mögliche Hartchromersatzschicht
Fokus Forschung: Galvanische Ni-W-Legierungsabscheidung aus wässrigen Systemen als mögliche Hartchromersatzschicht
Forscher Nachwuchs | NWK 2023 | Scott Dombrowe forscht zu Legierungselektrolyten
Seit September 2017 dürfen Hartchromelektrolyte ausgehend von der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) nicht mehr ohne Zulassung verwendet werden, da von Chrom-(VI)-haltigen Verbindungen eine karzinogene Wirkung ausgeht2. Nach dem Verbot wurden viele neue Beschichtungsverfahren und Schichtsysteme mit dem Ziel entwickelt, Hartchromschichten zu substituieren. Bisher konnte kein Verfahren oder Schichtsystem alle Eigenschaften unter Berücksichtigung der Herstellungskosten von Hartchrom vollständig substituieren3.
In dem aktuellen Projekt „NiWRe-Alloys“ werden Nickel-Wolfram (Ni-W) und Nickel-Rhenium-Legierungsschichten als Substituenten für Hartchromschichten untersucht. Im Fokus der Forschungstätigkeit steht dabei die Entwicklung eines Ni-W-Legierungselektrolyten. Die Kombination der Materialeigenschaften von Nickel und Wolfram, unter Berücksichtigung des Kostenaufwandes, bieten eine mögliche Alternative zu Hartchromschichten.
Die aktuellen Versuchsergebnisse zeigen, dass eine Wolframcoabscheidung ohne Citrat aus einem weiterentwickelten Watt`s Nickelelektrolyten realisiert werden kann. Des Weiteren konnten Massenanteile an Wolfram durch Untersuchungen mit einer rotierenden Scheibenelektrode (RDE – rotating disc electrode) im Bereich zwischen 3 bis 7 % erreicht werden.
Weiterführende hydrodynamische Untersuchungen wurden im Becherglasmaßstab durchgeführt. Die dabei abgeschiedenen Ni-W-Schichten wurden mithilfe von REM-EDX (Abbildung 1), Röntgendiffraktometrie und Mikrohärteprüfung charakterisiert. Die Topografie der abgeschiedenen Schichten wurde mit einem Laserscanningmikroskop gemessen (Abbildung 2).
Scott Dombrowe ist seit 2019 als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Oberflächen- und Galvanotechnik von Professor Dr. rer. nat. Frank Köster beschäftigt. Er hat seinen Bachelorabschluss (2016) und Masterabschluss (2019) an der Hochschule Mittweida im Studiengang Maschinenbau mit der Vertiefung in Werkstoff- und Oberflächentechnik absolviert. Des Weiteren ist er seit 2018 internationaler Schweißfachingenieur und führt aktuell ein kooperatives Promotionsverfahren zwischen der TU Chemnitz und der HS Mittweida durch. Neben der beruflichen Tätigkeit führt er die Imkerei als Hobby aus und begeistert sich an der Natur.
Nachtrag: Scott Dombowe hat diesen Beitrag auf der NWK23 an der Hochschule Harz präsentiert und traf dort neben zahlreichen weiteren Nachwuchswissenschaftler:innen noch eine andere Art Studierender, welcher auf der roten Liste steht - einen Hirschhornkäfer.
Text und Bilder: Scott Dombrowe
Endnoten
1 Schade, D. C. (2013, 9. März). Galvanisch abgeschiedenes Chrom – Ein Blick auf die mechanischen Eigenschaften. WOTech Technical Media | WOMag | WOClean. https://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2013/03/09_w_Chromschicht_cs_03j2013/09_w_Chromschicht_cs_03j2013.php
2 REACH: Commission imposes strict conditions over the use of hazardous chemicals used in automotive, aerospace and medical sectors. (2019, 15. Februar). Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs. https://single-market-economy.ec.europa.eu/news/reach-commission-imposes-strict-conditions-over-use-hazardous-chemicals-used-automotive-aerospace-2019-02-15_en
3 Wang, S., Ma, C. & Walsh, F. C. (2020). Alternative tribological coatings to electrodeposited hard chromium: a critical review. Transactions of the IMF, 98(4), 173–185. https://doi.org/10.1080/00202967.2020.1776962