Selbstheilende Oberflächen

Die Nanokapseln in der galvanischen Schicht enthalten eine Flüssigkeit. Wird die Schicht zerkratzt, platzen die Kapseln auf, die Flüssigkeit tritt aus und repariert den Kratzer. (© Fraunhofer IPA)

Die menschliche Haut ist ein Phänomen: Kleine Kratzer und Schnitte heilen schnell ab, schon nach wenigen Tagen ist nichts mehr von der Schramme zu erkennen.

Anders bei Werkstoffen, etwa Metallen: Hat die galvanische Schicht, die Metalle vor Korrosion schützt, einen Kratzer, ist der Rostschutz dahin. Ingenieure arbeiten daran, den Selbstheilungseffekt der Haut auf Werkstoffe zu übertragen. Die Idee, die dahinter steckt: In die galvanische Schicht sollen flüssigkeitsgefüllte Kügelchen mit eingebracht werden – gleichmäßig verteilt wie Rosinen in einem Kuchen.

Wird die Oberfläche beschädigt, platzen die an dieser Stelle liegenden Kügelchen auf, die Flüssigkeit läuft heraus und »repariert« den Kratzer. Bisher scheiterten solche Vorhaben an der Größe der Kügelchen: Sie waren mit 10 bis 15 Mikrometern zu groß für die etwa 20 Mikrometer dicken galvanischen Schichten – die Kapseln veränderten die mechanischen Eigenschaften der Schicht.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben mit ihren Kollegen der Universität Duisburg-Essen ein Verfahren entwickelt, galvanische Schichten mit Nano-Kapseln herzustellen. Die Volkswagen-Stiftung finanziert das Projekt. Der Durchmesser der Kapseln beträgt nur einige hundert Nanometer, also fast eine Größenordnung kleiner als bisher.

»Die Herausforderung liegt darin, die Kapseln beim Herstellen der galvanischen Schicht nicht zu beschädigen«, sagt Dr. Martin Metzner, Abteilungsleiter beim IPA. »Denn je kleiner die Kapseln, desto dünner und empfindlicher wird auch ihre Hülle. Die Elektrolyte, die man für diese galvanotechnischen Prozesse verwendet, sind chemisch recht aggressiv und können die Kapseln leicht zerstören.« Die Forscher mussten daher das Material der Kapselhülle und die verwendeten Elektrolyte aufeinander abstimmen.

In etwas anderer Art könnten die Schichten in mechanischen Lagern eingesetzt werden: Die Lagermaterialien sind üblicherweise galvanisch beschichtet. In diese Schicht lassen sich die Kapseln einlagern. Reicht der Schmierstoff im Lager kurzfristig nicht aus, wird ein Teil der Beschichtung abgetragen, die oben liegenden Kapseln platzen auf und geben Schmierstoff frei. Das Lager wird nicht beschädigt, wenn es kurzzeitig trocken läuft.

Für Kupfer-, Nickel- und Zinkschichten haben die Forscher erste Schichten im Zentimetermaßstab hergestellt. Bis ganze Bauteile beschichtet werden können, dauert es nach Einschätzung des Experten noch eineinhalb bis zwei Jahre. Komplexere Systeme sollen folgen – etwa verschieden gefüllte Kapseln, deren Flüssigkeiten miteinander reagieren wie ein Zwei-Komponenten-Kleber.

Media Contact

Dr.-Ing. Martin Metzner Fraunhofer-Gesellschaft

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Mit Lasern in eine mobile Zukunft

Das EU-Infrastrukturprojekt NextGenBat hat ambitionierte Ziele: Die Performance von mobilen Energiespeichern wie Batterien soll mit neuen Materialien und laserbasierten Herstellungsverfahren enorm gesteigert werden. Zum Einsatz kommt dabei ein Ansatz zur…

Aufbruch in die dritte Dimension

Lassen sich auch anspruchsvolle Metallbauteile in Serie produktiv und reproduzierbar 3D-drucken? Forschende aus Aachen bejahen diese Frage: Sie transferierten am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das zweidimensionale Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA auf…

Motorenforscher starten Messkampagne mit klimaneutralem Wasserstoff

„Wasserstoff und daraus erzeugte synthetische Kraftstoffe werden ein zentraler Baustein der maritimen Energiewende sein“, davon ist Professor Bert Buchholz von der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock fest…

Partner & Förderer