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Chemisch Nickel Schichten sind chemisch d h mittels einer Redox Reaktion erzeugte Beschichtungen aus Nickel und i d R einem weiteren Legierungspartner wie Phosphor oder Bor auf einem Substrat mit einer katalytisch aktiven Oberflache Inhaltsverzeichnis 1 Verfahren 2 Chemisch Nickel Dispersionsschichten 3 Einsatzanforderungen und Schichtauswahl 4 Ni P Schichten auf Leichtmetall Bauteilen 5 Anwendungen von Ni P Schichten 6 Literatur 7 EinzelnachweiseVerfahren Bearbeiten Hauptartikel Chemisch Nickel Die Chemisch Nickel Abscheidung erfolgt autokatalytisch d h die abgeschiedene Nickel Legierung katalysiert selbst die weitere Abscheidung so dass die abscheidbare Schichtdicke aus Verfahrenssicht nicht limitiert ist Ublicherweise werden als Reduktionsmittel Hypophosphit PH2O2 oder Boranat BH4 bzw organische Borane wie Dimethylaminoboran H3C 2HNBH3 verwendet Die abgeschiedenen Schichten weisen einen in weiten Bereichen einstellbaren Gehalt an Phosphor bzw Bor auf und sind je nach P bzw B Gehalt kristallin bis amorph Die Ni P Schichten werden in die Kategorien niedrig low phos 1 3 P kristallin im Abscheidezustand mittel mid phos 4 9 P teilkristallin im Abscheidezustand und hochphosphorhaltig high phos mind 10 P rontgenamorph im Abscheidezustand eingeteilt Sie zeigen eine sehr hohe Korrosionsbestandigkeit welche mit zunehmendem Phosphorgehalt steigt Im Bereich der Ni B Schichten werden niedrig 1 2 B und hochborhaltige Schichten 5 6 B unterschieden Sowohl Ni P als auch Ni B Schichten sind daruber hinaus bereits im Abscheidezustand sehr hart Durch Warmebehandlung im Bereich von 350 400 C uber 1 2 Stunden je nach Bauteilmasse lasst sich die Harte nochmals deutlich erhohen so dass fur mittel und hochphosphorhaltige Ni P bzw hochborhaltige Ni B Schichten Werte um 1000 HV bzw 1400 HV erreicht werden konnen was fast bzw deutlich mehr als der Harte von Hartchromschichten circa 1100 HV entspricht Die Hartesteigerung wird bedingt durch Phasenausscheidungen von Ni3P bzw Ni3B und Ni was zu einem Dispersionshartungseffekt fuhrt Im Abscheidezustand weisen unter den Ni P Schichten die niedrigphosphorhaltigen Schichten die hochste Harte auf welche bis zu 700 HV betragen kann Unter den Ni B Schichten ist bei hoch B haltigen Schichten die Abscheideharte am hochsten sie liegt im Bereich 800 850 HV Chemisch Nickel Dispersionsschichten BearbeitenChemisch Nickel Schichten eignen sich fur viele Dispersoide als ideale Matrix zur Abscheidung von Dispersionsschichten Die so erhaltenen Kompositschichten vereinen synergetisch die Eigenschaften der Matrix hohe Schichtharte Korrosionsbestandigkeit und Masshaltigkeit und der jeweils eingelagerten Dispersoide z B Hartstoffe wie Diamant oder Siliciumcarbid zur Erzeugung von abrasiven verschleissbestandigen oder mikrostrukturierten Oberflachen oder Trockenschmierstoffe wie hexagonales Bornitrid h BN oder perfluorierte Polymere wie Polytetrafluorethylen PTFE oder Perfluoralkoxycopolymer PFA Um eine ausreichende Abscheiderate zu erzielen werden die Elektrolyte wahrend der Abscheidung deutlich uber Raumtemperatur erhitzt z B auf bis zu 90 C Die Abscheiderate steigt dabei nach der RGT Regel exponentiell zur Temperatur Je nach Prozessfuhrung kann die Abscheiderate z B bei mittelphosphorhaltigem Chemisch Nickel bis zu rund 25 µm h betragen Eine zu hohe Abscheiderate fuhrt zu ungleichmassigem blumenkohlartigem Schichtwachstum welches sich negativ auf den Schichtglanz und andere Schichteigenschaften auswirken kann Ausserdem lauft bei zu hohen Elektrolyttemperaturen auch die Zersetzung aus homogener Losung zu schnell ab Sind auf diesem Wege erst einmal zu viele Ni P Keime im kolloidalen Zustand gebildet kommt es zu einer spontanen Selbstzersetzung des Elektrolyten was einen Abbruch und eine Wiederholung des Beschichtungsvorgangs erfordert Da die Abscheidung unabhangig von einem elektrischen Feld erfolgt sind die Abscheideraten auch auf komplexen geometrischen Bauteilen lokal sehr homogen ausgebildet so dass sich im Gegensatz zu galvanischen Verfahren welche mit Aussenstrom arbeiten uber das gesamte Bauteil nur geringste Abweichungen in der Schichtdicke ergeben Uber die Dauer der Abscheidung lasst sich daruber hinaus eine vorgegebene Zielschichtdicke sehr genau erreichen wobei Ubermassbeschichtungen vermieden werden konnen Dies fuhrt zu einem weiteren Vorteil auf Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Masshaltigkeit Auch rotationssymmetrische geometrisch komplexe Bauteile wie Auflosewalzen von Spinnmaschinen Open End Spinnverfahren oder Aluminium Verdichterrader von Turboladern konnen auf diesem Wege nach dem Wuchtvorgang beschichtet werden ohne durch den Beschichtungsvorgang eine erneute Unwucht zu erhalten Einsatzanforderungen und Schichtauswahl BearbeitenAm haufigsten werden mittelphosphorhaltige Schichten eingesetzt Diese decken ca 60 hochphosphorhaltige Schichten 30 35 und niedrigphosphorhaltige Schichten 5 10 des Marktes ab Soll die Chemisch Nickel Schicht eine moglichst hohe Harte aufweisen und lasst sich jedoch keine zur Ausscheidungshartung erforderliche Warmebehandlung im Bereich um 350 C durchfuhren wie dies zum Beispiel bei vielen Aluminium Legierungen oder geharteten Stahlen der Fall ist werden i d R niedrigphosphorhaltige Chemisch Nickel Schichten verwendet Erlaubt das Substratmaterial eine entsprechende Warmebehandlung konnen mittel oder hochphosphorhaltige Schichten verwendet werden Letztere werden jedoch i d R vor allem aufgrund ihres im Abscheidezustand amorphen Gefuges primar fur Korrosionsschutzanwendungen verwendet weshalb hier zum Erhalt des amorphen Zustandes keine Warmebehandlung zur Hartesteigerung durchgefuhrt wird Eine Warmebehandlung an hochphosphorhaltigen Schichten wird dann durchgefuhrt wenn die dadurch erzielbaren hohen Harten in Kombination mit der hoheren Bruchdehnung von hochphosphorhaltigen Schichten eingesetzt werden sollen Werden sowohl eine hohe Harte als auch eine gute Korrosionsbestandigkeit benotigt finden die am weitesten verbreiteten mittelphosphorhaltigen Schichten Verwendung Diese sind aufgrund der nahezu doppelten Abscheiderate in der Regel bei gleicher Schichtdicke auch gunstiger als die hochphosphorhaltigen Schichten Um einen moglichst hohen Korrosionsschutz zu erzielen durfen die Schichten keine bis zum Grundmaterial hindurchreichenden Poren aufweisen was ab Schichtdicken von 20 25 µm der Fall ist Poren konnen gebildet werden da wahrend der Abscheidung immer auch elementarer Wasserstoff entsteht der durch Blasenbildung den Ursprung einer Pore bilden kann falls keine geeigneten Massnahmen wie die Verwendung von Tensiden oder eine ausreichende Konvektion ergriffen werden Chemisch Nickel Schichten werden also immer eingesetzt wenn eine oder mehrere der nachfolgenden Verfahrens oder Schichteigenschaften gefordert sind Hohe Masshaltigkeit vor allem auf geometrisch anspruchsvollen Substraten kein Hundeknochen Effekt Sehr hohe Korrosionsbestandigkeit u a auch gegen alkalische Medien Sehr hohe Harte und damit hohe Bestandigkeit gegen AbrasivverschleissDie hohe Masshaltigkeit ist in Verbindung mit der sehr hohen Korrosionsbestandigkeit bzw der sehr hohen Harte einmalig fur Chemisch Nickel Der in der Praxis erzielbare Schutz ist wie bei allen Schichten abhangig vom jeweiligen konkreten Belastungskollektiv und der applizierten Schichtdicke Der Korrosionsschutz von Chemisch Nickel Schichten ist auf eisenhaltigen Substraten i d R anodischer Natur wie z B auch Zinn Nickel Schichten Alternativen aus dem Bereich des kathodischen Korrosionsschutzes sind hier beispielsweise Zink und Zink Legierungsschichten In Bezug auf Punkt 3 weisen nur galvanisch erzeugte Hartchromschichten eine hohere Schichtharte auf Zusammenfassend lasst sich jedoch feststellen dass eine Chemisch Nickel Schicht wie grundsatzlich jedes andere Schichtsystem in ihrem Eigenschaftskollektiv einzigartig ist so dass je nach Belastungskollektiv Anforderungen an Masshaltigkeit und Schichtdicke sowie an die anfallenden Schichtkosten Chemisch Nickel die Anforderungen in einzigartiger Weise erfullen kann Ni P Schichten auf Leichtmetall Bauteilen BearbeitenLeichtmetalle wie Aluminium und Magnesiumlegierungen sind unter atmospharischen Bedingungen als Werkstoffe verwendbar weil eine dichte Oxidschicht das reaktive Grundmaterial gegen aggressive Umgebungseinflusse abschirmt Fur zahlreiche Anwendungen ubersteigt aber das chemische und mechanische Belastungsprofil eines Bauteils die Widerstandsfahigkeit dieser Oxidschichten Fur solche Anwendungen ist eine Oberflachenveredelung unabdingbar Da komplizierte geometrische Formen fur Leichtmetallbauteile die Regel sind kommt hierfur bevorzugt die aussenstromlose Metallabscheidung insbesondere die chemische Vernickelung zum Einsatz Optimierten Vorbehandlungssequenzen fur das Grundmaterial kommt dabei die Aufgabe zu die Bildung partieller Oxidschichten in der Anfangsphase der Beschichtung zu unterdrucken Oxidische Inseln begrenzen die Haftung zwischen Basismetall und Beschichtung und konnen damit zu Bauteilversagen fuhren Ist dieser verfahrenstechnische Schlusselschritt unter Kontrolle so steht die gesamte Bandbreite der Eigenschaften von Ni P Legierungsschichten fur die Optimierung des Bauteils zur Verfugung Anwendungen von Ni P Schichten BearbeitenHaufig werden Chemisch Nickel Schichten aufgrund ihrer hervorragenden Masshaltigkeit ihrer sehr hohen Harte und ihrem exzellenten Korrosionsschutz in folgenden Bereichen eingesetzt Automobil und Luftfahrtindustrie Maschinenbau Komponenten fur Einspritzsysteme Klimakompressoren Kuhlmittelpumpen Airbagsysteme Synchronringe Servoventile Fahrwerkskomponenten Lagerzapfen Flansche Verdichterrader Textilmaschinenbauteile etc Chemische Industrie Petrochemie Warmeubertrager Turbinenschaufeln Spruhkopfe Druckbehalter Reaktoren etc Elektronik PC Laufwerkskomponenten Steckverbindungen Basisschicht fur Lotverbindungen elektromagnetische Abschirmung sensibler Bauteile etc Humanmedizin Basisschichten fur Metall Keramik Lotverbindungen Gelenkprothesen etc Kunststoffmetallisierung Dekorative und funktionale Schichten Optik Beschichtung Metallischer Grundkorper mit Hochphosphor haltigen Schichten zur Herstellung von Spiegeloptiken durch Polieren Diamantdrehen oder Diamantfrasen 1 Literatur BearbeitenG O Mallory J B Hajdu eds Electroless Plating Fundamentals and applications American Electroplaters and Surface Finishers Society Orlando 1990 N Kanani Chemische Vernicklung Leuze Verlag 2007 Info CD Chemisch Nickel des Fachausschuss Chemische Metallabscheidung der Deutschen Gesellschaft fur Galvano und Oberflachentechnik DGO https www dgo online de fachausschuesse fa chemische metallabscheidung html T Sorgel J Meyer WOMag 2013 9 2 24 WOMag online Chemische und elektrochemische Dispersionsbeschichtung doi 10 7395 2013 Soergel1 TU Dresden Fakultat fur Elektrotechnik und Informationstechnik Institut fur Automatisierungstechnik Ergebnisse der Umfrage zum Chemisch Nickel Verfahren und der dabei eingesetzten Messtechnik Chemisch Nickel fur optische Funktionsflachen Primus Oberflachentechnik primus ot de https www primus ot de oberflaechenveredelung chemisch nickel fuer optische funktionsflaechen Einzelnachweise Bearbeiten Chemisch Nickel fur optische Funktionsflachen In Primus Oberflachentechnik Abgerufen am 4 Februar 2022 deutsch Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Chemisch Nickel Schichten amp oldid 222217734