Nanokristallines Nickel
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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen |
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FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG bei Integran Technologies in Toronto brachten ein kostengünstiges
galvanotechnisches Verfahren hervor, bei dem Produkte aus nanokristallinem Nickel hergestellt werden
können. |
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MIT DIESEM VERFAHREN lassen sich Produkte aus einer tausendmal kleineren Korngröße entwickeln als bislang
möglich. |
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ZU DEN MÖGLICHEN PRODUKTFORMEN gehören Bleche und Bänder mit einem besseren Stärke-Gewicht-Verhältnis als
andere in Konkurrenz stehende Legierungen. |
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SPORTARTIKEL-ANWENDUNGEN aus Nano-Nickel sind z.B. Kanten von Schlittschuhkufen wie diese. |
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FORSCHUNG ermöglicht viele mögliche Anwendungen von Nano-Nickelprodukten. |
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Ultrafeine Korngröße als Schlüssel zu neuen Anwendungen für Nickel in der Rüstungsindustrie.
Von Virginia Heffernan
Nickel Magazine, Juli 2004 -- Angesichts anhaltender Erfolge in der Nanotechnologieforschung kann sich Nickel eines Tages vielleicht mit anderen Werkstoffen für Leichtbauanwendungen wie Panzerungs systeme, Raumfahrtkomponenten oder Sportartikeln messen.
Das kanadische Nanotechnologieunternehmen Integran Technologies hat ein relativ preis günstiges galvanotechnisches Verfahren entwickelt, mit dem eine Vielzahl nanokristalliner Produkte wie Bleche und Bänder hergestellt werden können, die ein besseres Stärke-Gewicht-Verhältnis aufweisen als einige der stärksten Leichtlegierungen aus Titan und Aluminium.
So sind z.B. die von Integran aus einer Nickel-Eisen-Legierung (50% Nickel) gefertigten Panzerbleche zweieinhalbmal so stark wie in den Spezifikationen für US-Militärfahrzeuge gefordert, während Panzerwesten siebenmal stärker sind als die heute von Soldaten und Polizisten getragenen Westen. Die höhere Festigkeit des Materials erlaubt eine entsprechende Gewichts-reduzierung.
Gemeinsam mit dem US-Verteidigungsministerium arbeitet Integran an der Entwicklung neuer Produkte, die diese Eigenschaften nutzen.
Potentielle Anwendungen für den Verbraucher sind z.B. leichte Helme aus Nanometallschaum, leichte Beschichtungen für Tennis- und Golfschläger (höhere Steifigkeit) sowie verschleißfeste, korrosionsbeständige Kanten für Schlittschuhe, Skier und Snowboards.
Kern der Technologie ist ein einstufiger Prozess, bei dem Nanomaterialien mit einer tausendmal geringeren Korngröße als in herkömmlichen Legierungen erzeugt werden, ohne dabei an Duktilität zu verlieren. Die geringe Korngröße macht das Metall stärker und verschleißfester.
Obwohl bereits in den achtziger Jahren erste Labortests durchgeführt wurden, dauerte es ein weiteres Jahrzehnt, bis die Technologie kommerzielle Anwendung fand.
Der Durchbruch gelang schließlich in den neunziger Jahren, als Ontario Hydro, ein staatlicher Energieversorger, eine Technik zur Instandsetzung nuklearer Dampferzeugerrohre im eingebauten Zustand suchte. Obwohl Nickel aufgrund seiner Resistenz gegen Korrosion und Spannungsrisskorrosion ideal erschien, war es wegen seiner geringen mechanischen Festigkeit nur begrenzt einsetzbar.
Doch mit dem nanokristallinen Nickel wendetet sich das Blatt, da es viermal so stark wie herkömmliches Nickel ist, ohne dabei die anderen Eigenschaften zu verlieren. Schließlich wurden die Originalrohre nach der ‘Electrosleeve’-Technik mit einer nanokristallinen Schicht überzogen, um sie vor Lochfraß, Beulen, Rissen und sonstigen Beschädigungen und Verschleißerscheinungen zu schützen. Bis heute sind sie intakt.
Seit kurzem versucht Integran, auch andere Anwendungen zu vermarkten. Dank der Vielseitigkeit des Verfahrens sind sehr unterschiedliche Produkte wie Schäume, Pulver und komplexe Net-Shape-Bauteile möglich.
"Der Electrosleeve-Prozess bleibt eine der ersten Großanwendungen für nanostrukturierte Materialien," sagt Gino Palumbo, President und CEO von Integran."Aber wir stehen in der Anwendungsentwicklung für nanokristallines Nickel gerade erst am Anfang. Bislang konnten wir unsere Technologie in der Nickelindustrie noch nicht so richtig vermarkten, weil wir erst noch herausfinden müssen, in welchen Bereichen unsere Werkstoffe den größten Nutzen haben."
Zu den jüngsten Erfolgen zählen eine Nickel-Eisen-Beschichtung mit erstklassigen magnetischen Eigenschaften, ein umweltfreundlicher Ersatzwerkstoff für Nickel-Beryllium-Legierungen mit einer erhöhten Festigkeit und besseren elektrischen Leitfähigkeit sowie nanostrukturierte analoge Nickel-Eisen-Legierungen mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizient, wie sie beispielsweise in Lochmasken von Fernsehern und Computerbildschirmen verwendet werden.
Überdies sieht Palumbo für nanokristalline Nickel-Eisen-Legierungen auch eine Zukunft in der Herstellung von mikroelektromechanischen Geräten durch galvanische Abscheidung. Derzeit sind die Beschichtungen aufgrund ihrer unvorhersehbaren Eigenschaften nicht sehr zuverlässig. Größere Mengen galvanischer Nanostrukturen versprechen indes, dieses Manko dadurch zu beseitigen, dass sie eine über das gesamte Gerät einheitlich verteilte feine Kornstruktur ermöglichen.
Virgina Heffernan ist eine in Toronto ansässige freie Mitarbeiterin.
FOTOS: Integran Technologies Inc.
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Dr. Gino Palumbo |
