Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projektes war die Weiterentwicklung eines umweltschonenden Verfahrens zur galvanischen Abscheidung von haftfesten und porenfreien Eisenschichten auf Kupferbasismaterialien, die als Ersatz f\u00fcr Nickel-Diffusionssperrschichten in Gleitlagerbeschichtungen dienen sollen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Herstellung der ben\u00f6tigten aprotischen Eisenelektrolytl\u00f6sungen, sowie die physikalisch-chemische Charakterisierung dieser Elektrolyte im Hinblick auf Viskosit\u00e4t, Leitf\u00e4higkeit und Wassergehalt wurde von der Fa. IOLITEC durchgef\u00fchrt.
\nDie Optimierung der galvanischen Eisenabscheidung und Festlegung der optimalen Prozessparameter wie Stromdichte, Hydrodynamik, Metallgehalt, Temperatur, Badgeometrie und Stromausbeute wurde vom fem bearbeitet.
\nZinnelektrolyte, die f\u00fcr die Herstellung der Gleitlagerschichten auf den Eisenschichten zur Anwendung kamen, wurden von der Fa. Zollern BHW zur Verf\u00fcgung gestellt.
\nDie weitergehende Materialcharakterisierung der Proben in der zweiten H\u00e4lfte der Projektlaufzeit fand am fem statt. Hierzu geh\u00f6rten die Messung der Schichtdicke mittels R\u00f6ntgenfluoreszenzanalyse, sowie die Ermittlung der Morphologie und des strukturellen Schichtaufbaus im Lichtmikroskop und im Rasterelektronenmikroskop. Ferner wurde die chemische Zusammensetzung und Duktilit\u00e4t der hergestellten Eisenschichten \u00fcberpr\u00fcft. Hierf\u00fcr wurden Methoden wie die EDX-Analyse im Rasterelektronenmikroskop, sowie die Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) eingesetzt.
\nIm zweiten Projektabschnitt wurden entsprechend dem Arbeitsplan von der Fa. IPT in Kooperation mit der Fa. Zollern BHW Demonstratoren definiert und bei IPT im Technikumsma\u00dfstab beschichtet.
\nDer Abschnitt, m\u00f6gliche Regeneration und Recycling der Eisenelektrolyte wurde an Modelll\u00f6sungen vom Projektpartner IOLITEC durchgef\u00fchrt. Eine erste betriebliche Umweltbilanz unter Ber\u00fccksichtigung der bislang vorliegenden Daten aus den Labor- und Technikumsversuchen wurde gegen Ende des Projekts von den Projektpartnern IPT und Zollern BHW erarbeitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die hergestellten Eisenl\u00f6sungen (Elektrolyte) wurden in den ersten Arbeitsabschnitten physikalisch-chemisch (Viskosit\u00e4t, Leitf\u00e4higkeit, Wasserrestgehalt, Metallgehalt, IR- und Ramanspektroskopische Untersuchungen zur Eisenkomplexbildung in den Elektrolyten) charakterisiert und erfolgreich f\u00fcr die galvanische Eisenabscheidung getestet.
\nMit einem optimierten Eisenelektrolyt konnten porenfreie und haftfeste Eisenschichten (Eisendiffusionssperrschichten mit einer gew\u00fcnschten Schichtdicke von 1-3 \u00b5m) auf typischen Werkstoffen f\u00fcr Gleitlageranwendungen (Basiskupferwerkstoffen, wie sie f\u00fcr Gleitlageranwendungen in der Industrie auch real eingesetzt werden) galvanisch abgeschieden werden.
\nDie hergestellten Eisen\u00fcberz\u00fcge konnten anschlie\u00dfend erfolgreich mit einem kommerziellen w\u00e4ssrigen, stark sauren Zinn-Legierungselektrolyten ohne gr\u00f6\u00dfere Probleme mit der eigentlichen Gleitlagerschicht weiterbeschichtet werden.
\nDie lichtmikroskopischen Untersuchungen von Teilproben (System: Gleitlagerschicht\/Eisenschicht\/Gleit-lagergrundwerkstoff) im kristallografischen Querschliff ergaben, dass zwischen den einzelnen Systemkomponenten (Zinnlegierung = Gleitlagerschicht\/Eisenschicht = Diffusionssperrschicht\/kupferhaltiges Grundmaterial) eine gute Haftung realisiert werden kann und die Metallschichten bei geeigneter Substratvorbehandlung riss- und porenfrei auf dem Grundmaterial abgeschieden werden k\u00f6nnen.
\nDie werkstoffkundlichen Untersuchungen ergaben, dass eine optimale aprotische Vorbehandlung des Grundmaterials vor der eigentlichen Eisenbeschichtung \u00e4u\u00dferst wichtig ist, um ein gut haftendes galvanisches Schichtverbundsystem zu erhalten. Zudem ist eine (Substrat-) Warenbewegung w\u00e4hrend der galvanischen Abscheidung von Vorteil. Standardisierte Dornbiege- und W\u00f6lbungstests mit hergestellten Proben ergaben eine gute Haftung und Duktilit\u00e4t der galvanisch abgeschiedenen Schichtverbundsysteme auf den technischen Substraten. Versuche zum Langzeitverhalten des kompletten Schichtssystems unter voller mechanischer Beanspruchung konnten im Rahmen dieses Projektes nicht mehr realisiert werden.
\nEin Vergleich der Einstufung- und Kennzeichnungskriterien von Elektrolytinhaltsstoffen (Vergleich: kon-ventioneller Ni-Elektrolyt mit den neuartigen Fe-Elektrolyten) nach der CLP-Verordnung ergab, dass die Lagerung, der Transport, sowie die Entsorgung des Eisenelektrolyten mit deutlich geringeren Risiken (bzw. Auflagen) f\u00fcr Mensch und Umwelt und technischen Aufwand einhergeht. Der betriebliche Umgang mit dem neuen Eisenelektrolyten ist zudem mit deutlich geringerem Sicherheitsaufwand m\u00f6glich.
\nDemgegen\u00fcber stehen zurzeit noch h\u00f6here Kosten f\u00fcr die Anschaffung, die Energiekosten (h\u00f6here Badtemperatur des Eisenelektrolyten) und dem Wasserverbrauch (es wird ein h\u00f6herer Aufwand zum Sp\u00fclen der Eisenbeschichteten Bauteile ben\u00f6tigt).
\nIn dem abgeschlossenem F&E-Vorhaben konnte gezeigt werden, dass f\u00fcr die untersuchte Anwendung das umwelttoxische Metall Nickel prinzipiell durch das mindergiftige Eisen ersetzt werden kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse wurden bereits w\u00e4hrend der Projektphase mittels Vortr\u00e4gen bei Fachveranstaltungen einem breiten Fachpublikum vorgestellt. Der Projektergebnisse werden nach Projektabschluss zudem \u00fcber die Homepages der Projektpartner einem breiten Fachpublikum vorgestellt und ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in dem abgeschlossenem Projekt durchgef\u00fchrten verschiedenen Laborversuche zeigten, dass das neu entwickelte Beschichtungsverfahren f\u00fcr Eisen unter optimierten Abscheidebedingungen f\u00fcr eine galvanische Abscheidung von haftfesten und rissfreien Eisen-Diffusionsschichten auf Kupferbasismaterialien geeignet ist. Eine anschlie\u00dfende galvanische Beschichtung der hergestellten Eisen-Diffussionssperrschichten mit einer industrie\u00fcblichen Legierungsschicht f\u00fcr Gleitlagerschichten als Deckschicht war im Laborma\u00dfstab ebenfalls erfolgreich. Das in der Projektlaufzeit anvisierte Arbeitsziel eines umwelt-schonenden Beschichtungsprozesses f\u00fcr einen exemplarischen Anwendungsbereich konnte von den Projektpartnern (IPT, fem, IOLITEC und Zollern-BHW) innerhalb des Zeitplanes realisiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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