Anwendungsbeispiel: Korrosionsschutz mit Schichten auf Kupferbasis

Nickelschichten kommen dort zum Einsatz, wo Komponenten vor Korrosion, Verschleiß oder mechanischer Beanspruchung geschützt werden müssen, oder eine hochwertige Oberfläche gewünscht ist. Sie haben eine hohe Maßgenauigkeit und Härte, sie zeichnen sich durch gute optische Eigenschaften aus und ihre elektrische Leitfähigkeit lässt sich definieren.  Allerdings schränken komplexe Abscheideprozesse, der Einsatz cyanidhaltiger Elektrolyte sowie mögliche allergische Reaktionen die Anwendung ein.

Vergleichbare Eigenschaftsprofile, die umweltverträglicher und nachhaltiger sind, sind mit Schichtsystemen auf Kupferbasis (Kupfer, Zinn, Zink) realisierbar. Hier gilt es aber, die atomaren Diffusionsprozesse, Phasenumwandlungen und Korrosionsmechanismen im Legierungssystem CuSnZn zu verstehen und steuerbar zu machen. Der Verzicht auf cyanidhaltige Elektrolyte stellt zudem eine chemische und prozesstechnische Herausforderung dar.

Unsere FuE-Leistungen für die Identifikation und Bewertung passender CuSnZn-Legierungssysteme zur Substitution von Nickelschichten

• Untersuchung der Mikrostruktur und Phasen mittels Röntgenbeugung, Elektronenrückstreubeugung (EBSD) und Elementaranalyse (EDX), um den Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung und Phasenzusammensetzung zu verstehen,
• Messung lokaler Härteänderungen mit Nanoindentation, um die mechanischen Eigenschaften der Schicht zu bewerten,
• Kugeleindruckversuche zur Untersuchung von Rissbildung und Abplatzen unter definierten Lasten sind notwendig, um das Verschleißverhalten zu bewerten,
• Auslagerungsversuche zur Analyse der thermodynamischen Stabilität des Schicht-Substrat-Systems, um die Langzeitstabilität zu testen,
• Anpassung thermodynamisch-kinetischer Modelle und Vorhersage der temperatur- und zeitabhängigen Phasenzusammensetzung und Mikrostruktur. Daraus werden Korrosionseigenschaften und Langzeitstabilität abgeleitet,
• Atomistische Simulationen zur Beschreibung der Diffusionsprozesse und Mischphasenbildung, als Ausgangsbasis für die gezielte Optimierung der Schichteigenschaften

Diese FuE-Leistungen sind wichtig, um nachhaltigen Alternativen zu Nickel-basierten Schichten mit reduzierter Umwelt- und Gesundheitsbelastung zu identifizieren und zu bewerten.

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