Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7275

Galvanische Abscheidung von Dispersions-schichten und Mikrostrukturen aus Nickel mit AlN-Nanopartikeln zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

J. Lorenz, G. Schanz, C. Nold, J. Konys

Zusammenfassung
Die galvanische Dispersionsabscheidung mit keramischen Nanopartikeln stellt einen interessanten Arbeitszweig der modernen Galvanotechnik dar. Ein großes Arbeitsfeld bietet die Kombination einer metallischen Matrix mit eingelagerten keramischen Partikeln. Diese Composit-Schichten verfügen über interessante mechanische Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit verschafft einen Überblick über die vorhandene Literatur zu diesem Thema. Nach einer kurzen Darstellung der Arbeiten zu oxidischen Nanopulvern wird hier der Schwerpunkt auf das Verhalten von AlN in einem galvanischen Nickelsulfamat-Elektrolyten sowie die anschließende Charakterisierung spezieller gewonnener Composit-Schichten Nickel/Alu-miniumnitrid gelegt. Die photometrischen und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen dienen der Ermittlung einer optimalen Nanopulverkonzentration im Elektrolyten. Nach dem Festlegen der Pulverkonzentration auf 0,5 g/l werden mit verschiedenen Stromdichten und Variation des Badzusatzes “Hydropalat“ Schichten hergestellt, an denen mechanische Eigenschaften des Verbundes Ni/AlN wie Härte, Zugfestigkeit, Verschleißverhalten sowie Warmfestigkeit ermittelt werden. Darüber hinaus wird der Nachweis erbracht, dass eine Form mit in ihrer Geometrie unterschiedlich gestalteten Mikrostrukturen fehlerfrei und reproduzierbar aufgefüllt werden kann. Ein Teil der gewonnenen Mikrozugproben dient dem anschließenden Bestimmen der Zugfestigkeit an Proben mit kleinen Dimensionen sowie der Untersuchung des Nanopulvereinbaus in schmale Strukturbereiche.

Electrodeposition of Nickel with Dispersed AlN Nanosized Particles as Layers and Microparts for Improvement of the Mechanical Properties

Abstract
The electrodeposition of metals with dispersed nanosized ceramic powder is a very interesting branch of the modern technology of electroplating. The combination of a metal matrix with incorporated ceramic particles is a large field, because such a kind of layers disposes of interesting mechanical properties.

This report gives a review of available literature on this subject. After the short presentation of work with alumina powder the behaviour of AlN nanosized particles in a special nickel sulphamate plating electrolyte is described in detail. The characterisation of layers is given in the following. The photometric and SEM investigations provide a basis for optimal nanopowder concentration in the electrolyte. Defining the concentration of 0,5 g/l AlN, Ni / AlN composite layers are deposited, allowing the determination of mechanical properties as micro hardness, tensile strength, wear resistance and high temperature strength. Furthermore microstructure components with various dimensions are obtained. Those specimens are used for both, tensile strength determination for small structures and for the filling behaviour of narrow cavities.

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