24. Mai 2012

Eisenbeschichtungen durch Ionische Flüssigkeiten

Galvanische Eisen-Abscheidung aus Ionischen Flüssigkeiten

Eisen ist sehr verschleißbeständig und daher als Beschichtungswerkstoff für verschiedenste Bauteile interessant. Um derartige Beschichtungen auf Bauteile aufzubringen, wird die Galvanotechnik eingesetzt. Dabei werden Metallionen aus einer üblicherweise wässrigen Metallsalzlösung abgeschieden, indem die zu beschichtenden, metallischen Bauteile als Kathode geschaltet werden. Diese galvanische Abscheidung ist bei Eisen jedoch ein relativ aufwendiges Verfahren, da es durch einen niedrigen Wirkungsgrad gekennzeichnet ist und oft nicht die gewünschte Oberflächenqualität liefert.

Hier bieten ionische Flüssigkeiten eine Alternative. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, deren besondere chemische Beschaffenheit dazu führt, dass sie schon bei Temperaturen unter 100 °C flüssig sind. Die »Bausteine« dieser Salze sind komplexe organische Kationen und organische oder anorganische Anionen. Durch die Kombination verschiedener Kationen und Anionen lässt sich eine Vielzahl ionischer Flüssigkeiten erstellen, deren Eigenschaften exakt an bestimmte verfahrenstechnische Aufgaben angepasst werden können.

Das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (Schwäbisch Gmünd) hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal, der IPT International Plating Technologies GmbH, Stuttgart, sowie der IoLiTec Ionic Liquids Technologies GmbH, Heilbronn, ein Verfahren entwickelt, bei dem Eisen aus derartigen ionischen Flüssigkeiten abgeschieden wird. Hierzu werden Eisensalze in einer bei Raumtemperatur flüssigen, organischen Salzschmelze gelöst.

Die Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten lassen sich exakt an bestimmte verfahrenstechnische Aufgaben – wie die Eisenabscheidung – anpassen.

Bei Versuchen mit verschiedenen ionischen Flüssigkeiten zeigte eine Cholinchlorid-Harnstoff-FeCl3-Mischung ein besonders gutes Abscheideverhalten für Eisen.  Die damit hergestellten Eisenüberzüge wiesen zudem eine hohe Korrosionsstabilität auf.

Eine mögliche Anwendung für das neue Beschichtungsverfahren sind beispielsweise Diffusionssperrschichten, die häufig noch aus Nickel bestehen. Bei einer Weiterentwicklung des Verfahrens könnten Eisenbeschichtungen in anderen Anwendungsbereichen nicht nur Nickel, sondern auch Chrom und Kobalt ersetzen, sodass Umwelt- und Gesundheits­risiken vermieden würden.

Umweltfreundliche Elektrolyte zum Abscheiden von Metallen

Projektthema:
Galvanische Eisen-Abscheidung aus Ionischen Flüssigkeiten

Projektdurchführung:
fem Forschungsinstitut
Edelmetalle & Metallchemie
Katharinenstr. 17
73525 Schwäbisch Gmünd
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Kooperationspartner:


AZ 24741