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Funktionale Grenz- und Oberflächen

 

Wissenschaftliche Relevanz:

Klärung der Zusammenhänge zwischen Herstellungsparametern, Schichtzusammensetzung, Struktur und Eigenschaften. Wissenschaftliche Aufarbeitung und Definition prozessrelevanter Schritte und deren Einfluss auf das gesamt Resultat.

 

 

Industrielle Relevanz:

Funktionelle Oberflächen mit speziell auf die Anwendung zugeschnittenen Eigenschaften. Neue Schichtsysteme für den Korrosions- und Verschleißschutz, sowie Abscheidung von Legierungen, Codeposition von Schicht und Nanopartikeln und Schichtsysteme aus nichtwässrigen Elektrolyten. Chemische Abscheidung auf nichtleitenden Bauteilen aus beispielsweise Verbundwerkstoffen und Kunststoffen. Oberflächenglättung durch chemisches, elektrochemisches oder plasmaelektrolytisches Polieren zum Beispiel auch für 3D-gedruckte Metallbauteile.

 

Beschreibung:

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstoffs hat großen Einfluss auf viele physikalischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften, somit können durch Beschichtungen oder anderweitige Oberflächenbehandlungen die Bauteileigenschaften stark beeinflusst werden. Solche beeinflussbaren Eigenschaften stellen beispielsweise die Korrosionsbeständigkeit, die Kompatibilität mit der Umwelt, die Optik, die Härte, die Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften, neben vielen weiteren dar.

 

In dem großen Feld der funktionalen Ober- und Grenzflächen fokussieren sich die Forschung- und Entwicklungsarbeiten des CEST auf die chemische, galvanische und plasmaelektrolytischen Abscheidungstechnik und gleichzeitig auf die verwandten Auflösungs-, Polier- und Oxidationsprozesse der Oberflächen.

 

Die chemische und galvanische Abscheidung von Metallschichten kann zum einen eine Veredlung der Oberfläche aber auch eine Funktionalisierung der selbigen darstellen. Je nach benötigter Eigenschaftskombination muss das geeignete Beschichtungsmaterial und der dafür passende Beschichtungsprozess ausgewählt werden. Neben der klassischen galvanischen Beschichtung von leitfähigen Bauteilen ist es mit einer speziellen chemischen Methode am CEST auch möglich nichtleitende oder schlecht leitfähige Substrate zu beschichte, hierzu zählen zum Beispiel die meisten Kunststoffe und verschiedene Verbundwerkstoffe.

 

Auf der anderen Seite können durch elektrochemische Auflösungsprozesse sowohl nichtmetallische Oberflächenschichten erzeugt oder verstärkt werden (z.B. Aluminium- oder Titanoxid) als auch metallische Werkstoffe durch gezielten Materialabtrag poliert (EPOL electropolishing) und formgebend bearbeitet werden (ECM electrochemical machining).

 

Diese beschriebenen Verfahren stellen seit Jahrzehnten industrielle Schlüsseltechnologien dar und kommen in vielen Anwendungsgebieten zum Einsatz. Ein grundsätzliches Problem der galvanischen Oberflächentechnik stellt die häufige Verwendung toxischer Substanzen, der im Einzelfall geringe Kenntnisstand über die genauen Abscheidungsmechanismen und über die Zusammenhänge zwischen Herstellungsbedingungen, Schichtzusammensetzung, Mikrostruktur und den erzielten Eigenschaften, trotz jahrelanger Anwendungserfahrung, dar.

 

An der Schnittstelle zwischen industrieller Anwendung und wissenschaftlicher Forschung werden durch die Ziele der verschiedenen multilateralen Projekte des CEST in diesem Arbeitsgebiet grundlegende Zusammenhänge erforscht und mit deren Hilfe können neue, konkurrenzfähige Verfahren entwickelt werden. Die Ergebnisse dieser Forschungen sollen es letztlich unseren industriellen Partnern ermöglichen, in neuen Verfahren die technischen Eigenschaften von Beschichtungen zu verbessern und gleichzeitig das Umweltrisiko der Verfahren und der Produkte zu verringern. 

Systematische wissenschaftliche Untersuchungen sind einerseits auf die Aufklärung elektrochemischer Reaktionsmechanismen ausgerichtet. Andererseits werden durch extensive Charakterisierung der hergestellten Schichten deren Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Verbindung mit wesentlichen Herstellungsparametern erforscht.