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Dispersionsabscheidungen

2018-07-27T22:48:56

Unter Dispersionsabscheidung ist der Einbau von Zusatzstoffen in die chemisch oder galvanisch abgeschiedene Metallschicht während der Abscheidung. Die Art der eingebauten Stoffe umfasst vor allem Hartstoffe wie Siliziumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Aluminiumoxid, Titanoxid oder Diamant, Gleit-/Schmierstoffe wie beispielsweise Teflon oder auch Kapseln mit unterschiedlichen Füllstoffen wie Farbstoffe, Öle oder Korrosionsinhibitoren. Neu und noch in der Entwicklungsphase ist der Einbau von bestimmten Markern, mit denen unterschiedliche Wirkungen erzielt werden können. So lässt sich mit entsprechenden Markern zerstörungsfrei über Sensoren die Herkunft einer Beschichtung prüfen und damit ein Markenschutz erreichen. Andererseits können solche Marker auch den Verschleiß oder die Korrosion anzeigen. Denkbar sind beispielsweise Mehrlagenschichten, die mit unterschiedlichen Markern versehen sind, oder Mehrfachschichten, bei denen nur eine Schicht den Marker erhält und damit eine Aussage über den Grad des Schichtverlustes zulässt. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal richtet sich auf die Größe des eingesetzten Dispersums (Stoff, der in einer Lösung in Schwebe gehalten wird, beziehungsweise der in die Metallschicht eingebaut wird). Seit längerem in Verwendung sind Partikel in der Größenordnung zwischen etwa 1 µm und etwa 10 µm. Je nach Stoffart ist es unterschiedlich schwierig, die Partikel so zu modifizieren, dass sie in den verwendeten Elektrolyten in Schwebe gehalten werden können, aber auch keine Zusammenballungen (Koaggulationen) der Teilchen entstehen. Oftmals reicht die in der Regel vorhandene Umwälzung über Flüssigkeitspumpen nicht aus, die Beständigkeit der Dispersion zu gewährleisten. Seit einigen Jahren wird in verstärktem Maße daran gearbeitet, Stoffe mit Durchmessern im Nanometermaßstab in Metallschichten einzubauen. Hierzu wurden Partikel mit Größen von 10 nm bis etwa 100 nm getestet. Sie verändern nicht nur die Eigenschaften aufgrund ihrer eigenen Anwesenheit (z. B. Härte durch die eigene Härte bei Nanodiamanten), sondern sie beeinflussen durch ihre Anwesenheit auch den Aufbau der Metallkristalle (Gefüge) bei der Abscheidung. Dadurch wird von Änderungen bei den mechanischen Eigenschaften ausgegangen, vergleichbar der Wirkung eines Legierungselements. Umfangreiche Erfahrungen zur Herstellung von Dispersionsschichten liegen bei der galvanischen und chemischen Nickelabscheidung vor, die auch in breiterem Umfang eingesetzt werden. Darüber hinaus sind Untersuchungen an Kupfer, Silber, Gold oder Zink bekannt, aus denen auch praktische Anwendungen entstanden sind. 

 

Diamanten in einer Galvanikschicht zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung (Bild: Sörgel)

Nickelschicht mit eingebetteten Siliziumcarbid-Mikropartikeln (Bild: Happy Plating)

Nickel/Phosphor-Legierungsschicht mit hexagonalem Bornitrid (hBN) (Bild: E. Hermann)