Nicht von dieser Welt
Ein optisches Experiment an Bord der International Space Station erforderte einen elektrisch leitenden, nicht reflektierenden Werkstoff. Von Dean Jobb
Nickel Magazine, März, 2004 -- Die Spezifikationen für die International Space Station beinhalten eine Arbeitstischfläche für Wissenschaftler, die optische Experimente durchführen. Die Konstrukteure der Optikwerkbank wussten, was sie benötigten, doch ein Werkstoff, der alle Anforderungen erfüllt, schien - im wahrsten Sinne des Wortes - nicht von dieser Welt zu sein.
"Sie wollten sicherstellen, dass kein Streulicht in ihre Instrumente gelangen kann", erinnert sich Michael Feldstein, Präsident der in Trenton im U.S.-Bundesstaat New Jersey ansässigen Surface Technology, Inc. "Sie wollten auch sicherstellen, dass die Beschichtung sich nicht abnützte, während sie die verschiedenen Ausrüstungsbestandteile in Spannnuten verschieben und an verschiedenen Stellen festklemmen. Und schließlich musste der Werkstoff elektrisch leitend sein, so dass er geerdet werden konnte, damit die Ausrüstung nicht durch Streuladung beschädigt würde."
Die Techniker der NASA waren überrascht, als sie herausfanden, dass eine "ab Lager" erhältliche Beschichtung ihre hohen Anforderungen erfüllen konnte. "Sie dachten, dass sie das Rad irgendwie wieder neu erfinden müssten", berichtet Feldstein.
Als geeignete Lösung stellte sich eine aus Aluminium hergestellte Werkbank mit einer autokatalytischen Nickelbeschichtung, die Surface Technology bereits seit zwei Jahrzehnten erzeugt, heraus. NiPlate 700 enthält ultrafeine Silikonkarbidpartikel, die eine außergewöhnlich harte, abnützungsbeständige Oberfläche ergeben, Elektrizität leitet und deren mattgraue Oberfläche, wie sich herausstellte, auch Licht absorbiert.
NiPlate 700 gehört zu einer Familie von Beschichtungen auf Nickelbasis, die von der Firma Surface Technology seit ihrer Gründung im Jahr 1973 entwickelt wurden. Das Unternehmen zählt zu den weltweit führenden Herstellern von autokatalytischen Komposit-Nickelbeschichtungen und besitzt mehr als 90 Patente auf seine Verfahren für die Verbindung von Nickel und Diamantpartikeln, Silikonkarbid, Aluminiumoxid und anderen Werkstoffen zu haltbaren, hoch leistungsfähigen Oberflächen.
Autogalvanischer Nickel wird durch einen chemischen Prozess und, wie der Name sagt, ohne Elektrolyse als Mittel zur Beschichtung von Oberflächen hergestellt. Nickelsulfat wird einem Bad aus reduzierenden Substanzen, Puffern und Stabilisatoren beigefügt, um eine kontrollierte chemische Reaktion zu bewirken, in deren Verlauf sich Nickel auf der Zieloberfläche abscheidet.
Das Verfahren bietet nun, da Hersteller und Gesetzgeber bemüht sind, die Verwendung von Chrom einzuschränken, eine Alternative zur Chrom-Nickel-Beschichtung. Eine langfristige Exposition gegenüber Chrom stellt ein ernsthaftes Gesundheits- und Umweltrisiko dar.
Autogalvanischer Nickel erfordert während der Herstellung weniger Energie und ergibt selbst auf unebenen Oberflächen eine einheitliche Fläche, so dass keine Notwendigkeit besteht, Kuppen abzuschleifen. Der geringe Energieverbrauch spart Zeit und Geld und vermindert auch die Freisetzung von Metall in die Umwelt.
Das Verfahren von Surface Technology führt auch zu einer signifikanten Verringerung des Nickelverbrauchs. Der Partikelanteil beträgt gewöhnlich 25 bis 30 % der Kompositbeschichtungen, die in dünneren Schichten aufgebracht werden können und länger halten, als eine Nickelbeschichtung allein. "Eine solche Beschichtung hält mit Sicherheit zwei Mal so lange, wie eine herkömmliche autogalvanische Nickelbeschichtung, womit man automatisch gleich die Hälfte des Nickels eingespart hat", erklärt Feldstein. Und wenn die Beschichtung sich abnützt, kann der Rest chemisch aufgelöst werden, um das Nickel zurückzugewinnen, und eine neue Beschichtung kann anstelle der alten aufgebracht werden, was eine umweltbewusste und kostengünstige Methode zur Renovierung von Komponenten darstellt.
Der wichtigste Markt für NiPlate 700 ist die Textilindustrie. Spinnmaschinen laufen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 150.000 Umdrehungen pro Minute, und ihre komplexen Komponenten müssen dem ständigen Kontakt mit abrasiven Fasern standhalten. Kunstfasern können extrem rau sein, und Rohbaumwolle enthält Sand, Schmutz und andere Teilchen aus der Natur, die die Metalloberflächen abnützen können.
"Sie sind ständig in Kontakt mit diesen Fasern, laufen 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche, und das konstant über Jahre hinweg", erklärt Feldstein. NiPlate sorgt für eine längere Lebensdauer der Komponenten, wodurch Instandhaltungsarbeiten ebenso wie Stillstandszeiten verringert werden und die Wettbewerbsfähigkeit der Textilhersteller gesteigert wird.
In der Erdölindustrie kommt NiPlate 700 zur Anwendung, um eine längere Lebensdauer von Pumpen und Bohrern sicherzustellen. In der Herstellungsindustrie sorgt es für haltbare Oberflächen, die eine längere Lebensdauer der Formen gewährleisten und wird als solches für alle in der Kunststoffindustrie vorkommenden Anwendungen bis hin zur Herstellung von Türpaneelen für Autos eingesetzt. Eine weitere Kompositbeschichtung, die unter dem Namen NiSlip vermarktet wird, enthält Teflonpartikel, die eine korrosionsbeständige, nicht haftende Oberfläche für Gerätschaften im Nahrungsmittelsektor schaffen und das Festkleben von Gussteilen in Formen verhindern.
Surface Technology hat außerdem eine als Illumi-Layer bezeichnete Beschichtung entwickelt, die neben Nickel auch phosphoreszierende Partikel enthält, die unter ultraviolettem Licht aufleuchten. Feldstein gibt zu, dass das anfänglich "etwas esoterisch" klingen könnte, bestätigt jedoch, dass es auch dafür durchaus praktische Anwendungen gibt.
So könnten Hersteller beispielsweise Formen mit Illumi-Layer beschichten, bevor sie eine Deckschicht aus NiPlate 700 aufbringen. Regelmäßige Inspektionen unter ultraviolettem Licht würden dann zeigen, wo die Deckschicht abgenützt ist, so dass die Form neu beschichtet und wieder in Betrieb genommen werden könnte, bevor das darunter liegende Metall beschädigt wird. Diese Art von Beschichtung könnte auch auf Kfz- und Flugzeugkomponenten aufgebracht werden, um die Identifizierung gefälschter Teile mit geringerer Qualität zu erleichtern. "Wenn man nur mit dem Licht über die Komponente gehen muss, bevor sie eingebaut wird, und sie in der richtigen Farbe aufleuchtet, wüsste man, dass das Teil authentisch und offiziell ist", erklärt Feldstein.
Surface Technology erforscht neue Anwendungen, die versprechen, dass die Beschichtungen der Firma neben dem Werksbereich auch bei Fertigprodukten eine größere Rolle spielen können. Auto- und Flugzeughersteller und auch Militärbehörden arbeiten daran, die Verwendung von Chrom zu reduzieren, und die Firma ist bereits dabei, eine Reihe potenzieller Anwendungen zu testen.
"Das Schlüsselwort lautet wirklich Synergie", meint Feldstein. "Synergie zwischen den Eigenschaften der Partikel und den Eigenschaften von Nickel, der Abnützungsbeständigkeit und Härte und Korrosionsbeständigkeit des Nickels - und dazu kann man dann alle Eigenschaften hinzufügen, die man in Betracht ziehen will."
Dean Jobb ist ein in Halifax, Nova Scotia ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: NASA (top) and Surface Technology, Inc.
 Michael Feldstein |
