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Umweltschutz und Kosten fest im Blick

TU Chemnitz beteiligt sich am Verbundprojekt „Neue Galvanotechnische Beschichtungsprozesse aus ionischen Flüssigkeiten“ (GALACTIF), das mit vier Millionen Euro vom Bund gefördert wird

Zahlreiche Bauteile für Anwendungen in der Elektronik, im Transportwesen, in der chemischen Industrie und in der Medizin lassen sich aus preiswerten und gut verfügbaren Rohstoffen herstellen, wenn sie durch geeignete metallische Beschichtungen funktionalisiert werden. Häufig werden Oberflächen galvanotechnisch veredelt. Der Grund: Dieses Verfahren ermöglicht eine ressourcen- und kosteneffiziente Abscheidung von Metallen, was besonders für eine Massenproduktion wichtig ist. Die Oberflächenveredelung gewährleistet den Schutz vor Korrosion oder verbessert Eigenschaften wie Abriebfestigkeit, Kratzfestigkeit, Härte oder elektrische Leitfähigkeit. Für viele Anwendungen, die Sondermetalle einsetzen, kommen jedoch aktuell andere Beschichtungsverfahren zum Einsatz, die meistens teuer und oftmals nicht ökologisch verträglich sind.

Ein vielversprechender neuer Ansatz in der galvanischen Forschung zur Beschichtung mit Sondermetallen, wie Niob, Tantal, Titan, Wolfram und Molybdän, besteht in der Verwendung von ionischen Flüssigkeiten anstelle von konventionellen Lösungsmitteln. Dabei handelt es sich um organische Salze, die bei Temperaturen unter 100 °C flüssig sind. Ihre Vorteile liegen im niedrigen Dampfdruck, der geringen Toxizität, der Nichtbrennbarkeit und dem weiten elektrochemischen Prozessfenster. Letzteres erlaubt auch die Abscheidung dieser Metalle, die aus wässrigen Elektrolyten nicht oder nicht mit den gewünschten Eigenschaften zugänglich sind. Derzeit fehlen aber noch viele Grundlagen, um die Abscheidung von technisch verwertbaren Schichten aus ionischen Flüssigkeiten zu ermöglichen.

Hier setzt das neue Verbundprojekt „Neue galvanotechnische Beschichtungsprozesse aus ionischen Flüssigkeiten“ – kurz GALACTIF – aus dem BMBF-Förderprogramm „Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien – InnoEMat“ an. Partner sind die Technische Universität Chemnitz, die TU Clausthal, die TU Ilmenau, das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig, das Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie in Schwäbisch-Gmünd sowie die TU München, die das Vorhaben auch koordiniert. "Im Rahmen des Vorhabens soll die elektrochemische Abscheidung von ausgewählten Metall- und Legierungsschichten aus ionischen Flüssigkeiten erforscht werden, die bislang aus den industriell eingesetzten wässrigen Systemen nicht zugänglich waren", erläutert Prof. Dr. Thomas Lampke. Inhaber der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik an der TU Chemnitz, und ergänzt: "Da sich diese elektrochemischen Prozesse im Hinblick auf physikalische Eigenschaften, Prozessmechanismen und die Struktur der Grenzfläche grundlegend von den heute üblichen wässrigen Systemen unterscheiden, müssen völlig neue Konzepte erarbeitet werden, um die Prozesse hinreichend zu verstehen und so die Grundlagen für eine kostengünstige, umweltfreundliche Beschichtungstechnologie zu schaffen."

Die Kooperationspartner sind überzeugt, dass die erfolgreiche Umsetzung dieses Forschungsvorhabens mittel- und langfristig zu großen Innovationen in der mittelständisch geprägten galvanotechnischen Branche in Deutschland führen: "Neue Verfahren werden die ressourcenschonende Herstellung langlebiger Bauteile ermöglichen und ökologisch bedenkliche Prozesse werden sich entschärfen oder gar substituieren lassen", sagt Lampke. An seiner Professur wird der Schwerpunkt auf die Elektrolytentwicklung mit Hilfe physikochemischer Modelle gelegt. "Wir werden in den kommenden drei Jahren die Bindungsverhältnisse in ionischen Lösungen sowie die Abscheidung von Wolfram- und Molybdän-Legierungen untersuchen", erläutert der Projektleiter Dr. Ingolf Scharf. Die Chemnitzer Wissenschaftler profitieren dabei von einer vollautomatischen Anlage aus eigener Entwicklung, die ein Novum bezüglich Flexibilität und Effektivität galvanischer Prozesse und deren Untersuchung darstellt. Insgesamt wird das Projekt mit rund vier Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, davon fließen 640.000 Euro an die TU Chemnitz.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Thomas Lampke, Telefon 0371 531-36163, E-Mail thomas.lampke@mb.tu-chemnitz.de

Mario Steinebach
30.11.2016

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