Beschleunigung der galvanischen Abscheidung bei industriellen Prozessen mittels geführter akustischer Wellen

Das Institut für Sensor und Aktortechnik (ISAT) forscht intensiv an der Wechselwirkung von sogenannten geführten akustischen Wellen (GAW= Sonderform des Ultraschalls) mit elektrochemischen Grenzflächenprozessen. Ziel dieser Forschungsaktivitäten ist es, über die Anregung von GAW auf Elektroden elektrochemische Prozesse zu beschleunigen.

In dem vorliegenden Vorhaben soll systematisch untersucht werden, wie durch akustisch induzierte grenzflächennahe Strömungen, die über geführte akustische Wellen unmittelbar auf der Elektrode an Grenzfläche zu Elektrolyt angeregt, die Abscheidegeschwindigkeit bei galvanischen Prozessen erhöht werden kann. Der Fokus soll auf die galvanische Abscheidung dicker Nickelschichten > 100 µm auf industriell relevanten komplexen Bauteilgeometrien liegen. Im Vorhaben soll sowohl experimentell als auch simulationsgestützt untersucht werden, wie der Massentransport in galvanischen Systemen mittels GAW beeinflusst werden kann.

Ein wesentliches Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung des innovativen akustischen Verfahrens zur Beschleunigung chemischer Grenzflächenprozesse von der Validierung unter Laborbedingungen zu einer Qualifizierung der Prototypen in einer industriellen Versuchsanlage. Vorgesehen ist die Entwicklung einer prozesstauglichen Schalleinkoppeleinheit zur Anregung von GAW auf den zu galvanisierenden Bauteilen. Eine systematische Untersuchung des Einflusses von GAW auf den Massentransport erfolgt in einer standardisierten Hull-Zelle, die sowohl mit einfachen als auch mit komplexeren Geometrien bestückt werden kann und industrienahe Bedingungen z.B. durch Badumwälzung bestmöglich nachbildet. Weiterhin soll auch der Einfluss von GAW auf den elektrochemischen Prozess in Abhängigkeit von den gewählten Prozessparametern (Stromdichte, Temperatur) untersucht und einen Übertrag der GAW-Technologie auf andere Elektrolytsysteme experimentell überprüft werden. Die Messung an der Versuchsanlage beim Firmenpartner KAPP GmbH & Co. KG in Coburg soll eine finale Abschätzung der Integrierbarkeit der Technologie in industrielle Anlagen ermöglichen. Neben einer Ermittlung der Abscheidegeschwindigkeit bei konstanter Stromstärke soll ein Schwerpunkt des Vorhabens auf einer Verbesserung der Schichteigenschaften durch akustisch unterstützte galvanische Abscheidung gelegt werden. Von industrieller Relevanz ist hierbei vor allem die Gleichmäßigkeit der Beschichtung sowie die Schichthärte und Korrosionsbeständigkeit. Durch Optimierung des Transportes der aktiven Spezies zu dem zu galvanisierenden Bauteil kann ggf. in Kombination mit einer Optimierung der Elektrolytzusammensetzung (z.B. Abscheidung von Ni-Fe-Elektrolyten) eine Verbesserung der Schichthärte erzielt werden. Über die Anregung einer akustisch induzierten Wirbelströmung soll dafür gesorgt werden, dass auch in Rillen und an Kanten durch verbesserten Massetransport eine gleichmäßige Schicht abgeschieden wird. Daneben soll im Vorhaben untersucht werden, wie durch gezielte Variation der Anregeparameter (z.B. angeregte Wellenlängen) die Bildung stehender Wellen und damit eine Welligkeit in der abgeschiedenen Schicht vermieden werden kann. Nur dann das akustische Verfahren dauerhaft in der Industrie etaliert werden kann