Galvanoformen von nano-Nickel und nano-Invar

Abstract

Die heutige hochtechnisierte Welt hat einen gesteigerten Bedarf an neuen, ressourceneffizienten Materialien. Zur schnellen Massenproduktion hochwertiger Bauteile werden präzise Formwerkzeuge benötigt. Eine weitverbreitete Methode zur Herstellung solcher Formwerkzeuge ist die Galvanoformung, die für hochpräzise Abformmatrizen für Lederimitathäute in der Automobilindustrie oder Laminiervorrichtungen für faserverstärkte Kunststoffbauteile in der Luftfahrtindustrie angewendet wird. In der Automobilindustrie treten sehr hohe Stückzahlen und komplexe Formen auf. Die Luftfahrtindustrie stellt dagegen viel höhere Anforderungen an die Konturtreue der Formen und zeigt daher ein großes Interesse an Formen aus Invar, einer Eisen-Nickellegierung mit einem an CFK-Bauteile angepasstem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die vorliegende Arbeit zielt auf die Entwicklung neuer Materialien für galvanogeformte Slush-Werkzeuge mit höherer Lebensdauer und Materialien für galvanogeformte Werkzeugschalen mit angepasstem Wäremausdehnungskoeffizienten zur Herstellung von Faserverbundkunststoffen. Zunächst werden sowohl Pulsstromverfahren als auch organische und anorganische Kornverfeinerer zur Festigkeitssteigerung von nano-Nickel untersucht. Daneben wird ein neues galvanotechnisches Verfahren zur Herstellung langfaserverstärkte Metall-Matrix-Komposite ausgearbeitet. Im zweiten Teil der Arbeit wird die galvanotechnische Herstellung von Invar vorangetrieben und weitere Methoden zur Senkung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Galvanoformen entwickelt.

Today's high-tech world has an increasing demand on new, ressouceefficient materials. For the rapid mass production of high-end components there is the need for precise moulding tools. A common method for the production of such moulds is galvanoforming. Galvanoforming is very popular for highly accurate moulding tools for imitation leather skins in automitive industry and laminating moulds for fiber-reinforced plastics in aerospace industries. Automotive industry needs higher quantities and more complex shapes. The aerospace industry set high standards on contour accuracy and hence is highly interessted in moulds built of invar. Invar is a iron-nickel alloy with a very low cofficient of thermal expansion (CTE) that is in the range of the CTE of components made of CFK. The present work aims for the development of new materials for galvanoformed slush moulds with an increasing durability and materials for galvanoformed moulding tools with a CTE matched to fiber-reinforced plastics. First, there is the investigation of pulsed electrodeposition techniques and both organic and inorganic grain refiner on the strenthening of nanocrystalline nickel. Additionally a new galvanic method for the synthesis of long fiber-reinforced metal matrix composites will be developed. The second part of this work deals with the advancement of the galvanic synthesis of bulky invar and the development of further methods for the reduction of the CTE of galvanoformed moulds.