Elektrochemisch strukturierte Metalle

Elektrochemische Strukturierung und Funktionalisierung von Metalloberflächen

Die elektrochemische Behandlung von Metallen ist in der Industrie sehr gut etabliert, dazu zählen z.B. die Anodisierung von Aluminium- und Titanwerkstoffen und die Passivierung von rostfreien Stählen. Diese Behandlungen führen zur Ausbildung einer Oxydschicht auf der Oberfläche, die unter anderem das Metall vor Korrosion schützt.

Weniger bekannt ist die Möglichkeit der Oberflächenstrukturierung durch elektrochemische Behandlungen. Damit ist gemeint: die Erzeugung von geordneten (Nano-)Strukturen auf der Oberfläche. Besonders interessant sind poröse Strukturen mit einstellbarer Porengröße, Porenabstand und Porentiefe.

Elektrochemische Strukturierung von einem Titanwerkstoff (rechts), Aluminium (mittig) und rostfreiem Stahl (links). Porengröße: jeweils 100 nm.

Am IMST verwenden wir elektrochemisch strukturierte Metalle (Titan- Aluminium- und Eisenwerkstoffe, einschließlich Baustähle) als eine universelle Plattform, um weitere Funktionalisierungen vorzunehmen.

Diese Plattform ist ebenfalls sehr nützlich für die Schaffung hochfester Klebungen bzw. Metall-Kunststoff-Verbunde, wie z.B. Metall-PEEK-Schichtwerkstoffe.

Beispiele für am IMST gängige Funktionalisierungen elektrochemisch strukturierter Oberflächen sind: Robuste Antibiofouling-Schichten, Antibeschlag und selbstreinigende Schichten sowie Antifingerabdruckschichten.

Dreidimensionale Antibiofouling-Schichten:

Die strukturierten Oberflächen werden in einem Fotopolymerisationsverfahren mit einer dünnen Schicht aus einem Anti-Biofouling Polymer versehen. Die Polymerschichten entstehen sowohl an der Oberfläche als auch an den Porenwänden. Es können somit 3-dimensionale, kratzfeste und selbstheilende Anti-Biofouling-Schichten erzeugt werden. (Die Schichten wurden zur Patent angemeldet: Transparente, kratzfeste Schicht mit Anti-Fouling-Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung derselben: PCT/ EP 2018 /052486). Die Anwendungen sind vielfältig, wie z.B. Implantate in der Traumatologie und in der maritimen Technik (ausschließlich Lackierungen im Schiffbau).

Titanwerkstoffoberfläche mit nicht-funktionalisierten (hell) und funktionalisierten (dunkel) Streifen. Die dunklen Patches auf den hellen Streifen (Bild links) sind Bakteriengemeinschaften, die im rechten Bild bei höherer Vergrößerung zu sehen sind.

Antibeschlag und selbstreinigende Oberflächen für Armaturen und Metallverblendungen:

Durch Beschichten mit hydrophilen bzw. hydrophoben Polymeren werden robuste superhydrophile superhydrophobe Oberflächen geschaffen, mit der gewünschten Antibeschlag- bzw. Selbstreinigungseigenschaft. Siehe Video rechts.

Antifingerabdruck-Schichten:

In Verbindung mit einer Hartanodisierung von Aluminium- und Titanwerkstoffen wurde ein Fotopolymerisationsprozess entwickelt, mit dem Polymerschichten mit hydrophoben (wasserabweisenden) und gleichzeitig oleophoben (ölabweisenden) Eigenschaften erzielt wurden. Diese Eigenschaften führen gemeinsam mit der Oberflächentopographie zur Antifingerabdruck-Wirkung. Die Schichten sind zusätzlich kratzfest und schützen gegen Korrosion.

Ausbereitung eines Wassertropfens auf einer beschichteten Titanoberfläche zu einem Wasserfilm von ca. 7 µm Dicke

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