Nickellegierungen für vielfältige hoch beanspruchte Einsatzzwecke
In WOMag 9/2019 wurde das Forschungsprojekt POSEIDON II vorgestellt. Nach über vier Jahren Projektlaufzeit hat sich viel getan und die Entwicklungsarbeiten führten in den verschiedenen Bereichen zu sehr guten Ergebnissen. Die entwickelten Nickellegierungsschichten zeigen, dass galvanische Schichtsysteme ein großes Potential für immer höhere Anforderungen im Einsatz bieten.
Die EU hat sich zum Ziel gesetzt, die Emissionen an Kohlenstoffdioxid (CO2) bis 2030 im Vergleich zu 1990 um 55 % zu senken und damit die globale Erwärmung zu bremsen. Neben anderen erneuerbaren Energieformen bieten Meere ein großes ungenutztes Potenzial für die Energieerzeugung und können daher ein geeigneter Baustein sein, um die anspruchsvollen Klimaziele zu erreichen. Der Salzgehalt des Meerwassers erfordert jedoch den Einsatz von speziellen Werkstoffen und/oder Beschichtungen, um eine technisch sinnvolle Anwendung zu garantieren.
Der Grundstein wurde im Forschungsprojekt POSEIDON mit einem Nickel-Wolfram-Elektrolyt gelegt. Die abgeschiedene Legierung zeigte im Vergleich zu Nickel-Zinn und anderen Legierungsschichten das größte Potential unter tribokorrosiver Belastung. Mit der patentierten Aufnahmevorrichtung zum Halten und Drehen eines rotationssymmetrischen Bauteils sowie Verfahren zum galvanischen oder nasschemischen Beschichten mit einer solchen Aufnahmevorrichtung (DE10 2015 113 129 B4) ist es möglich, Bauteile ohne Kontaktstellen vollflächig zu beschichten. Eine bevorzugte Korrosion an diesen Stellen kann damit verhindert werden.
In POSEIDON II wurden Elektrolytzusammensetzung, Vorbehandlung und Abscheideparameter für die Abscheidung von qualitativ hochwertigen Nickel-Wolfram-Legierungsschichten weiterentwickelt und optimiert. Wesentlich war es hierbei, Schichten zu erhalten, die potentiell für die Anwendung im maritimen Bereich geeignet sind und den gleichzeitig auftretenden tribologischen Belastungen standhalten.
Im Verlauf des Projekts wurden zusätzlich für weitere Anwendungsgebiete umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Die Nickel-Wolfram-Schichten weisen dabei eine gute Überrollbeständigkeit in Öl, beim Einsatz mit wasserbasierten Schmierstoffen und in Leitungswasser auf.
Verschleißspur einer Ni-W-Legierungsschicht im wasserbasierten Schmierstoff (S4EW-044, Firma Fuchs Schmierstoffe) nach dem Überrolltest mit einer Belastung von 800 N (Quelle: KTmfk FAU)
Ein wesentlicher Einfluss auf das Einsatzverhalten zeigt sich durch die Vor- und Nachbehandlung der galvanischen Beschichtung. Inwieweit die gesteigerten Anforderungen an die vor- und nachgelagerten Schritte ausschließlich vom Grundmaterial beeinflusst werden, kann nicht abschließend bewertet werden. Für die extrem hohen Anforderungen im Bereich der Überrollbeständigkeit ist eine glatte, gleichmäßige Oberfläche sehr wichtig, was eine mechanische Nachbearbeitung der abgeschiedenen Schicht erforderlich macht.
Die Forschenden des Fraunhofer IPA sind überzeugt, mit der Nickel-Wolfram-Legierungsschicht ein Schichtsystem entwickelt zu haben, dass für viele Anforderungen und Anwendungen die Schicht ist, um die Produkte langlebig einsatzfähig zu machen.
Das Team am Fraunhofer IPA bedankt sich bei allen Projektpartnern und dem Projektträger Jülich für die gute Zusammenarbeit. Ein besonderer Dank gilt dem Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien und dem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik der FAU Erlangen für die enge und erkenntnisreiche Kooperation. Ein Dank für die finanzielle Unterstützung geht an das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).
