Elektrochemische Mikrobearbeitung hochfester metallischer Gläser

• Antragstellerin: Dr. Annett Gebert
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 187803932

Hochfeste massive metallische Gläser sind attraktiv für Anwendungen als mechanisch hoch beanspruchbare Mikrobauteile bzw. als Bauteile mit funktionellen Oberflächenmikrostrukturen. Zur Bearbeitung auf der Mikro- und Submikrometerskala werden neue elektrochemische Techniken als sehr aussichtsreich angesehen. Ziel des Vorhabens ist es, grundlegende Studien zur Evaluierung des Potenzials elektrochemischer Mikrobearbeitungsmethoden für Zr- und Fe-Basisgläser durchzuführen. Grundlegende Untersuchungen des Elektrodenverhaltens der Legierungen in wässrigen und methanolischen Arbeitselektrolyten ermöglichten die Analyse der komplexen anodischen Reaktionsprozesse. Zr-basierte Gläser zeigen ein charakteristisches transpassives Durchbruchsverhalten und repassivieren graduell. Es wurde kein signifikanter Einfluss von Legierungszusammen-setzung oder strukturellem Zustand (amorph vs. kristallin) nachgewiesen. Die Möglichkeit der Mikrobearbeitung mit ultrakurzen transpassiven Spannungspulsen wurde demonstriert, jedoch wurden bisher nur unregelmäßige Lochmodellstrukturen erhalten. Durch Wahl eines geeigneten Elektrolyten soll eine bessere Kontrolle des lokalen transpassiven Auflösungsvorganges erreicht werden. Das Elektrodenverhalten der weichmagnetischen Fe-Basislegierung ist wesentlich durch die einphasig amorphe Struktur und den hohen P-Gehalt für eine homogene Passivierung bestimmt. Es zeichnet sich durch einen graduellen passiv-transpassiv-Übergang sowie durch eine sehr schnelle Repassivierung aus. Insbesondere in methanolischer Schwefelsäure wurden durch Mikrobearbeitung sehr homogene glatte Mikrostrukturen, Lochmodell und erste Linienmodelle, auf der Oberfläche erhalten, wobei sich die amorphe Struktur, die homogenen Abtrag und Repassivierung ermöglicht, als vorteilhaft erwies. Studien mit hochauflösenden Methoden zur Analyse von bearbeiteten Randzonen hinsichtlich möglicher selektiver Auflösung und Kristallisation sollen weiter intensiviert werden. Im beantragten letzten Projektjahr sollen schwerpunktmäßig die bisher gewonnen Erkenntnisse in die Erzeugung komplexer amorpher Mikrostrukturen/Mikroteile einfließen. Durch horizontale Unter-schneidung, die einzigartig für diese Methode ist, sollen freistehende amorphe Mikrolamellen sowie Mikrogabelstrukturen für magnetische Aktuatoranwendungen mit hoher Präzision realisiert werden. Der komplexe Mikrobearbeitungsprozess der Glaslegierungen wird in Relation zu strukturellen und zusammensetzungsbedingten Materialcharakteristika umfassend beschrieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen