Titanbeschichtete Polymere könnten Verbundteile revolutionieren
Die moderne Fertigung profitiert von einer breiten Palette an kostengünstigen, leichten Verbundteilen, wie z. B. metallbeschichteten Polymeren, die häufig (aber mit schlechter Haftung) für Dekorationszwecke verwendet werden, auch für Badarmaturen. Eine weitere häufige Anwendung ist die Elektronik – z. B. für Gehäusekästen. Denn die Metallbeschichtung sorgt für Leitfähigkeit und das Polymer für geringes Gewicht. Ein Problem bei der herkömmlichen Metallbeschichtung besteht jedoch darin, dass die meisten Metalle nicht biokompatibel sind, wodurch sie für menschliche Berührungen unsicher sind. Aufgrund ihrer Biokompatibilität wurde die Nickel-Chrom-Beschichtung herkömmlicherweise als Ausweichlösung für einige Anwendungen genutzt, aber ihre Verarbeitung erfordert gefährliche Chemikalien. Durch die Entwicklung einer innovativen chemischen Behandlung für Polymeroberflächen in Verbindung mit einem speziellen technischen Beschichtungsverfahren ist Polymertal(öffnet in neuem Fenster) die Herstellung komplexer Hybridbauteile aus Metall und Polymer gelungen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts TiPlate hat das Unternehmen eine Titanbeschichtung einsatzfähig gestaltet, bei der nur sichere REACH-(öffnet in neuem Fenster) und ROHS-konforme(öffnet in neuem Fenster) Chemikalien eingesetzt werden. „Wir glauben, dass TiPlate die Branche für Metallbeschichtungen revolutionieren könnte, wo Biokompatibilität von entscheidender Bedeutung ist, z. B. bei medizinischen Geräten oder Autoteilen, die mit dem menschlichen Körper in Berührung kommen“, sagt Sabina Ifraimov, TiPlate-Managerin für Technik und Wissenschaft. Die Arbeiten zur Erlangung eines Patents sind bereits weit fortgeschritten, und neben gezielten Vermarktungsanstrengungen werden derzeit Anwendungen in verschiedenen Branchen geprüft.
Elektrophoretische Abscheidung optimiert Verfahren der Titanbeschichtung
Die herkömmliche Titanmetallbeschichtung erfolgt entweder durch Vakuumverdampfung oder durch elektrolytische Beschichtung mit geschmolzenen Salzen. Beide weisen Einschränkungen auf. Die Verdampfungstechnologie erzeugt eine sehr dünne Metallschicht (bis zu 1 Mikron), wobei einige Bereiche auf komplexen Teilen vom Beschichtungsprozess abgeschirmt werden können, was letztlich die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinträchtigt. Außerdem ist die Größe der Strukturen, die beschichtet werden können, begrenzt. Da die hohen Temperaturen (über 800 Grad Celsius), die für die elektrolytische Abscheidung aus geschmolzenen Salzen erforderlich sind, die Polymere zersetzen würden, probierte das Team eine galvanische Abscheidung aus, bei der Titansalz in einer Elektrolytlösung aufgelöst und dann durch Anlegen eines elektrischen Stroms in Metall umgewandelt wird. Auch diese Herangehensweise erwies sich als unwirksam. „Herkömmliche Lösungen auf Wasserbasis führen zu Problemen wie einer Wasserstoffüberspannung, wobei Energie verschwendet wird, um den Wasserstoff des Wassers in Gas umzuwandeln, wodurch der Prozess sehr ineffizient wird. Hinzu kommt die Bildung von Wasserstoffblasen, aus denen eine poröse Beschichtung entsteht“, erklärt Ifraimov. Der Durchbruch gelang mit der Entwicklung eines neuartigen Beschichtungsverfahrens auf der Grundlage der elektrophoretischen(öffnet in neuem Fenster) Abscheidung aus dispergierten Titanpartikeln bei Raumtemperatur. Das Team erprobte verschiedene Beschichtungsparameter, einschließlich Änderungen der Dispersionszusammensetzung und der Zellkonfiguration, um den Prozess zu optimieren. Anschließend wurden verschiedene Bewertungsmethoden eingesetzt, darunter elektrochemische Messungen wie zyklische Voltammetrie(öffnet in neuem Fenster) sowie morphologische Bewertungen mit Lichtmikroskopie(öffnet in neuem Fenster), Rasterelektronenmikroskopie(öffnet in neuem Fenster) und energiedispersive Röntgenspektroskopie(öffnet in neuem Fenster).
Markt für Metall-Polymer-Bauteile revolutionieren
Im Ergebnis steht ein kostengünstiges Verfahren, das nach Ansicht von Ifraimov vielfältige Marktchancen eröffnen könnte. „TiPlate bietet mehrere Vorteile: Es verringert die benötigte Titanmenge, was die Kosten niedrig hält und die Produktionseffizienz erhöht, während die hergestellten leichten Bauteile die Transportkosten senken und dennoch eine hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen“, fügt Ifraimov hinzu. Da verschiedene Industriezweige versuchen, von diesen Wettbewerbsvorteilen zu profitieren, glaubt Ifraimov, dass die Ergebnisse wahrscheinlich zu neuen Arbeitsplätzen in den Bereichen Fertigung, Forschung und Entwicklung sowie Vertrieb führen werden und gleichzeitig die umfassenderen EU-Anstrengungen für Werkstoffe der nächsten Generation, wie das Projekt GLACERCO, unterstützen. Polymertal konzentriert sich nun auf den europäischen Markt und arbeitet derzeit am Aufbau einer Produktionsstätte, nachdem es sich durch die Teilnahme an Messen wie Automechanika(öffnet in neuem Fenster) und Formnext(öffnet in neuem Fenster) Vorverkäufe gesichert hat. „Derzeit sind wir strategisch in den Schlüsselindustrien Automobil, Halbleiter und Medizintechnik positioniert, mit bemerkenswerten Kooperationen und Partnerschaften mit Branchenführern wie Porsche, BMW, Continental, ASML und Johnson & Johnson“, fasst Ifraimov zusammen.
