Funktionale Grenz- und Oberflächen

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 plasmaelektrolytische Abscheidungstechnik und gleichzeitig auf die verwandten Auflösungs-, Polier- und Oxidationsprozesse der Oberflächen. Zusätzlich spielen auch Klebetechnik und die notwendige Oberflächenvorbehandlung sowie ein in-Situ-Analytik zum Verständnis von Grenzflächen eine Rolle im Forschungsportfolio des Zentrums.

 

Die chemische und galvanische Abscheidung von Metallschichten kann zum einen eine Veredelung der Oberfläche aber auch eine Funktionalisierung derselbigen 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 mittels autokatalytischer Prozesse auch möglich, nichtleitende oder schlecht leitfähige Substrate zu beschichten, hierzu zählen zum Beispiel die meisten Kunststoffe und verschiedene Verbundwerkstoffe. Dies verwenden wir sehr erfolgreich, um polymerbasierte, additive gefertigte (3D-Druck) Bauteile zu metallisieren.

 

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 (Elektropolieren) und formgebend bearbeitet werden (Elektrochemisches Abtragen).

 

Moderne Abscheideprozesse für funktionelle Oberflächen arbeiten nicht mehr nur mit einer Substanz, sondern produzieren Kompositsysteme 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 stellen dabei Beispiele für unsere Arbeiten dar.

 

Die Untersuchung von Haftungsmechanismen von Klebstoffen wie Epoxiden und Polyurethanen auf metallischen Oberflächen, auch unter Einwirkung von Korrosion, bilden auch einen wichtigen Schwerpunkt in der Forschung am CEST. Durch die zunehmende Komplexität von metallischen Überzügen stoßen altbewährte Klebstoffsysteme oft an ihre Grenzen. Daher ist es von großer Wichtigkeit, die Wechselwirkungen oxydischer Metalloberflächen mit Klebstoffen und organischen Beschichtungen grundlegend zu verstehen. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen bereits im Vorfeld im Zuge der Entwicklung, die Klebeeignung von neuen Oberflächen zu beurteilen.

 

Die Galvanotechnik stellt seit Jahrzehnten eine industrielle Schlüsseltechnologie dar und kommt in vielen Anwendungsgebieten zum Einsatz. Ein grundsätzliches Problem 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.  Dabei werden an der Schnittstelle zwischen industrieller Anwendung und wissenschaftlicher Forschung durch die verschiedenen Projekte des CEST in diesem Arbeitsgebiet grundlegende Zusammenhänge erforscht und mit deren Hilfe können neue, konkurrenzfähige Verfahren entwickelt werden. Die Ergebnisse dieser Forschungen ermöglichen es letztlich unseren industriellen Partnern, in neuen Verfahren die technischen Eigenschaften von Beschichtungen zu verbessern, kostengünstigere Prozesse einzuführen und gleichzeitig das Umweltrisiko der Verfahren und der Produkte zu verringern.