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Aluminiumabscheidung

26.07.2018

Aluminium ist eines der unbeständigsten Metalle, verhält sich im Gebrauch aber wie ein relativ beständiges Metall. Dies liegt daran, dass sich Aluminium in Kontakt mit Luftsauerstoff augenblicklich mit einer dichten und sehr beständigen Oxidschicht überzieht. Die Reaktionsfähigkeit von metallischem Aluminium ist sogar so hoch, dass die Aluminiumoxidation zum Beispiel auch in Wasser oder einer wässrigen Lösung abläuft, in dem das Metall mit dem gelösten Sauerstoff beziehungsweise auch mit dem Sauerstoff des Wassermoleküls reagieren kann. Allerdings hängt diese Reaktion vom Säuregrad (pH-Wert) einer wässrigen Lösung ab. Aluminiumsalze (z.B. Aluminiumchlorid) kann zwar in Wasser gelöst werden, allerdings erfolgt beim erzeugen einer Stromflusses zwischen einer Anode und einem zu beschichtenden Metall als Kathode keine Aluminiumabscheidung, da die in der wässrigen Lösung vorhanden Wasserstoffionen (H+ bzw. korrekt H3O+) wesentlich leichter reduziert werden, als die vorhanden Aluminiumionen (Al3+). Aus wässrigen Lösungen mit Aluminiumionen wird ausschließlich Wasserstoff abgeschieden. Die Aluminiumabscheidung gelingt nur dann, wenn Aluminiumsalze in einer nichtwässrigen Lösung, also beispielsweise einem wasserfreien organischem Lösemittel oder den seit einiger Zeit verfügbaren ionischen Flüssigkeiten vorliegen. Die Abscheidung von Aluminium ist seit 60 Jahren bekannt und wurde als Sigal-Verfahren 1973 von der Siemens AG patentiert. Die hierfür eingesetzten organischen Lösemittel sind allerdings leicht entflammbar und reagieren nachteilig in Kontakt mit Wasser. Die Abscheidung muss deshalb unter Ausschluss von Luft und Wasser in vollständig abgeschlossenen Autoklaven erfolgen. Hinzu kommt, dass die Aluminiumschichten nur dann optimal auf einem Grundwerkstoff haften, wenn dieser gründlich entfettet und gebeizt ist; beides Vorgänge, die in der Regel in wässrigen Medien durchgeführt werden und dem notwendigen wasserfreien Prozess entgegen wirken. Der hohe Aufwand für einen sicheren Betrieb des Prozesses haben bisher verhindert, dass sich die Aluminiumabscheidung aus organischen Lösemittel (aprotischen Lösemitteln) rentabel anbieten lassen. Derzeit wird die Aluminiumabscheidung für spezielle Anforderungen auf kleinen Teilen im Labormaßstab durchgeführt. Die in der Regel matten, hochreinen Aluminiumschichten zeigen ein sehr gutes Korrosionsverhalten und lassen sich mit den klassischen Verfahren anodisieren und beispielsweise einfärben. Da die Schichten zudem sehr duktil sind, können auch dickere Schichten im Bereich von 50 Mikrometer und mehr hergestellt werden, die mechanisch verformbar sind. Neben Aluminium wurden auch Aluminium-Magnesium-Schichten aus aprotischen Lösemitteln hergestellt. Die Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten befindet sich derzeit noch in der Entwicklung. Da die bisher verfügbaren ionischen Flüssigkeiten nur eine geringe Konzentration an Aluminiumsalzen lösen, ist die Abscheidegeschwindigkeit gering. Der große Vorteil der ionischen Flüssigkeiten wird darin gesehen, dass sie unter normaler Atmosphäre eingesetzt werden können. Auch hiermit sollten neben Reinaluminium Legierungen abgeschieden werden können.