Abbildung 1: Mit Nickel-Wolfram beschichtet Kolbenstange als Demonstrator
Im EU-Projekt NiWRe-Alloys wurden unter der Federführung der Hochschule Mittweida drei Jahre intensive Forschung und Entwicklung zu neuen Nickel-Rhenium und Nickel-Wolfram Legierungselektrolyten zur galvanischen Abscheidung sowie die Charakterisierung der Schichteigenschaften durchgeführt.
NiWRe-Alloys steht dabei für “Electroplating of NiW and NiRe alloys as functional alternative coatings”. Ziele waren dabei, die mit den Nickellegierungsschichten mikrostrukturierten Röntgenabsorbergitter für medizinische Anwendungen (in Computertomographen als kostengünstige Alternative zu Gold) galvanisch zu füllen und toxische Chrom-(VI) haltige Elektrolyte für die Erzeugung von Hartchromschichten zu substituieren.
Unter der Leitung von Professor Frank Köster aus der Fakultät Ingenieurwissenschaften arbeiteten insgesamt sechs Forschungseinrichtungen und KMU interdisziplinär am Projekt. Dazu zählten das Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH (IKS), die Abteilung Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics (ELI-NP) des Horia Hulubei National Institute of Physics and Nuclear Engineering mit Sitz in Rumänien, die Stellenbosch University (SU) mit Sitz in Südafrika und die Hochschule Mittweida als Forschungseinrichtungen sowie die CMF Oberflächenbeschichtung GmbH (CMF) und die microworks GmbH (MW) als zwei mittelständische Unternehmen (KMU).
In der letzten Phase des Projekts wurden die entwickelten Nickel-Wolfram und Nickel-Rhenium Elektrolyte durch die Beschichtung von handelsüblichen Bauteilen als Demonstrator erprobt. Als Demonstrator für den Ersatz von Hartchromschichten wurde eine Kolbenstange ausgewählt. Die erfolgreiche rissfreie Nickel-Wolfram beschichtete Kolbenstange ist in Abbildung 1 dargestellt und zeigt eine gelbglänzende Oberfläche auf.
Mit einer Wärmebehandlung als Nachbehandlung kann die Schichthärte auf über 1200 HV gesteigert werden und stellt in der Schichthärte eine Konkurrenz zu Hartchromschichten (800 bis 1400 HV) dar. Zukünftig können weiterführende Untersuchungen zur Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit durchgeführt werden.
Abbildung 2: Mit Nickel-Rhenium beschichtetes mikrostrukturiertes Röntgenabsorptionsgitter als Demonstrator
Ein lithografisch hergestellter mikrostrukturierter 4-Zoll großer Wafer mit einer Strukturhöhe von rund 250 µm und -breite von rund 10 µm (entspricht einem Aspektverhältnis von 25) wurde mit Nickel-Rhenium erfolgreich galvanisch gefüllt und diente als Demonstrator für ein Röntgenabsorbtionsgitter mit der Anwendung in Computertomographen (Abbildung 2). Insgesamt dauerte die Abscheidung der ReNi-Legierung 50 Stunden.
Weitere Forschungsaktivitäten zur galvanischen Beschichtung von mikrostrukturierten Röntgenabsorptionsgittern werden im Rahmen der Promotionsarbeit von Scott Dombrowe zukünftig auch weiterhin durchgeführt. In einem kooperativen Promotionsverfahren mit der Technischen Universität Chemnitz (Prof. Lampke) und der Hochschule Mittweida untersucht er die Zusammenhänge hinsichtlich der elektrochemischen Abscheidung von Nickel-Rhenium Legierungs-schichten in Mikrostrukturen.
Text: Scott Dombrowe und Prof. Frank Köster Bilder: Scott Dombrowe
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