Surface Technology Applied Research (STAR)

Hochschule Niederrhein. Dein Weg.

Herzlich willkommen!

Die Oberflächentechnologie ist als Querschnittstechnologie für alle Bereiche des täglichen Lebens relevant. Innovationen in diesem Bereich nehmen deshalb eine Schlüsselrolle in vielen Branchen ein.

Das Kompetenzzentrum Surface Technology Applied Research (STAR) versteht sich als Kooperationspartner der Industrie. Von den angebotenen Leistungen sollen vor allem mittelständische Unternehmen der Region profitieren. Speziell in den Bereichen Verkehrswesen, Energietechnik, Wasseraufbereitung und Mikrosystemtechnik werden für die Entwicklung neuer hochwertiger Maschinen innovative Werkstoffkonzepte und Oberflächentechnologien benötigt. Tauchen Probleme in der industriellen Anwendungspraxis auf, bietet das Kompetenzzentrum STAR zeitnahe Lösungen dank konzentrierter Projektarbeit.

Indem die Unternehmen den Wertschöpfungsanteil der Oberflächentechnik an ihren Produkten und Dienstleistungen steigern, erlangen sie Wettbewerbsvorteile. So entstehen nicht nur neue Arbeitsplätze in der Region Niederrhein. Durch Ressourcenschonung und Energieeffizienz wird auch globalen umweltpolitischen Forderungen Rechnung getragen.

Leiter des Kompetenzzentrums

Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Wilden
Funktionswerkstoffe und Beschichtungen

EFRE-Projekt "Elektrochemische Oxidation an BDD-Elektroden"

In dem Projekt "Elektrochemische Oxidation an bordotierten Diamantelektroden zur Behandlung von Chemisch Nickel Bädern" soll im Rahmen eines Up Scalings eine Pilotanlage aufgebaut werden, um Hypophosphit und Phosphit elektrochemisch zu Phosphat zu oxidieren. Hypophosphit ist Bestandteil der Bäder, Phosphit entsteht als Nebenprodukt bei der chemischen Beschichtung mit Nickel, der sogenannten außenstromlosen Beschichtung.

Aus ökonomischen und ökologischen Gründen steht die Entsorgung der verbrauchten Lösungen aus dem Prozess der außenstromlosen Beschichtung im Fokus der Beschichter. Ebenso hat die Reinigung von Abwässern an Bedeutung gewonnen. Gelangen Phosphorspezies in die Umwelt, so führt dies in den meisten Fällen zum überdurchschnittlich starken Wachstum von Pflanzen, der sogenannten Eutrophierung. Aus diesem Grunde arbeitet die Hochschule Niederrhein im Rahmen des Projektes ‘Elimination des Phosphits in Abwässern aus der Beschichtungsbranche‘ an der Aufbereitung von Abwässern und verbrauchten Bädern, die bei dem Beschichtungsprozess ‘Chemisch Nickel‘ entstehen. Hierzu steht eine, von der Hochschule patentierte Aufbereitungstechnologie zur Verfügung (DE102012100481, Stabbündelelektrode). Das Hauptaugenmerk der Arbeiten liegt auf der Eliminierung des Schwermetalls Nickel und der Oxidation der Phosphorspezies zu Phosphat.

Die Stabbündelelektrode und die ablaufenden elektrochemischen Vorgänge sind geeignet, um den Oxidationszustand des Phosphors zu erhöhen, wenn herkömmlichen Methoden versagen. Die Stabbündelelektrode arbeitet dabei insbesondere sehr gut im Bereich niedriger Konzentrationen. Die im Chemisch Nickel Bad vorhandenen Phosphorspezies werden an einer Stabbündelelektrode aus bordotierten Diamanten (BDD) zu Phosphat oxidiert. Die anodische Oxidation von Hypophosphit (H2PO2-) und Phosphit (HPO32-) zu Phosphat (PO43-) findet an der Elektrodenoberfläche statt. Der größte Vorteil der Stabbündelelektrode, gegenüber den herkömmlichen Plattenelektroden, liegt in der verhältnismäßig großen Oberfläche. Um eine Rückreaktion des Phosphats zu vermeiden, ist eine kathodenseitige Abschirmung des Bades durch ein Diaphragma notwendig. Die Versuche zeigen, dass die Stromdichte, der Volumenstrom, die Badzusammensetzung und die Elektrolysezeit in der Zelle einen Einfluss auf die Phosphorumwandlung haben.

Wir danken dem Land NRW für die Unterstützung dieses Forschungsprojektes im Rahmen des EFRE-Projektes Patent Validierung. EFRE 2014-2020, Investition in Wachstum und Beschäftigung, Förderkennzeichen EFRE 0400090, Laufzeit 2 Jahre.

Pilotanlage zur elektrochemischen Oxidation an BDD-Elektroden

Labor für Oberflächentechnik

Das Labor für Oberflächentechnik der Hochschule Niederrhein ist eng in die Forschungsaktivitäten eingebunden. Hier werden innovative Verfahren zur Behandlung und Beschichtung von Oberflächen eingesetzt und weiterentwickelt. Eingesetzte Applikationsverfahren sind das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF-Verfahren) und das Hochleistungs-Kathodenzerstäuben (MSIP-PVD-Verfahren). Seit Dezember 2016 steht auch eine neue PVD-Beschichtungsanlage Metaplas Domino.Mini der Firma Oerlikon Balzers mit Multiquellentechnik und PA-CVD- und Plasmanitrier-Modul zur Verfügung. Mit dieser modernen Beschichtungsanlage können Werkstoffe mit dem Lichtbogen (AIP-PVD) und den Hochleistungs-Kathodenzerstäuben (MSIP-PVD) in den Betriebsarten DC, Hochionisation (HIPIMS / HPPMS / HIPAC) und Mittelfrequenz verdampft werden. Neben der Schichtapplikation stehen auch die Analyse und die Charakterisierung der mechanisch-technologischen Schichteigenschaften im Vordergrund. Auf der Basis dieser Untersuchungsergebnisse können die Prozessparameter des Beschichtungsprozesses optimiert werden, um so die gewünschten Schichteigenschaften iterativ zu optimieren.

Apparative Ausstattung und Infrastruktur im Labor

Beschichtungstechnik

  • PVD-Anlage Metaplas Domino.Mini mit AIP- und MSIP-Multiquellentechnik (DC, HIPIMS, MF)
  • PVD-Anlage CemeCon CC 800/8 HI mit vier MSIP-Quellen (DC)
  • Lichtbogenspritzanlage OSU Hessler (Advanced)
  • Lichtbogenspritzanlage Sulzer Metco (VISUARC)
  • Plasmapulverauftragschweißanlage mit 6-Achs-Knickarm-Roboter und Drehkipptisch
  • HVOF-Spritzanlage GTV
  • Flammspritzen Rokide Saint Gobain
  • MIG- / MAG-Schweißen
  • WIG-Heißdrahtschweißen EWM
  • MIG-Puls-Schweißen OTC
  • Schweißtische mit Lochrastersystem
  • Arbeitsplätze für das GS-Eloxieren
  • Arbeitsplätze für das elektrochemische Beschichten
  • Arbeitsplätze für das Emaillieren

 

Probenpräparation

  • Metallografie in Vollausstattung
  • Elektrolytisches Polier- und Ätzgerät LectroPol 5 Fa. Struers
  • Discotom Fa. Struers
  • Drahterodiermaschine AgieCut

 

Bauteilreinigung und Rückstandanalytik

  • Achtkammer-Ultraschall-Reinigungs- und Trocknungsanlage mit Durchsetzer
  • Ultraschallreinigungsgerät Elmasonic S180H
  • Kohlenstoff-Wasser-Analysator LECO RC-612 C
  • Ionenchromatograph 883 Basic IC plus für die Anionenanalytik, Fa. Metrohm

 

Analytik

  • Licht-, Stereo- und Digitalmikroskopie
  • FE-Rasterelektronenmikroskop Zeiss DSM 982 mit
  • EDX- und EBSD-Analyseeinheit der Fa. Oxford
  • Table Top Nanoindentation Tester (TTX-NHT2) der Fa. CSM
  • Kalottenschleiftechnik
  • Diskontinuierlicher Scratchtest
  • Analysenwaage Kern ABJ 320-4NM
  • Analysenwaage Kern PLJ1200-3A
  • Kleinlasthärteprüfgerät
  • Härteprüfung Duramin 1
  • Härteprüfung (Rockwell) Wolpert R-T-2521
  • Universalprüfmaschine Zwick Z 1120
  • Materialprüfmaschine Zwick BZ050/TH3A
  • Materialprüfmaschine Zwick Extensiometer
  • Ultraschallprüfgerät USIP-11
  • Infrarot-Detektoren 900 SW/TE
  • Dewetron-Messdatenerfassung

 

Verschleißprüfung

  • Taber Abraser 352 G
  • Millertest

 

Korrosionsprüfung und Klimawechseltest

  • Salzsprühkammer SAL 400 mit 400 Liter Volumen der Fa. VLM GmbH
  • Arbeitsplatz für potentiostatische und potentiodynamische Untersuchungen
  • Klimawechseltest der Fa. mtv messtechnik oHG

 

Wärmebehandlung

  • Hochtemperaturofen Naber HAT 08/17
  • Kammerofen Naber N21/H

 

Simulation und statistische Auswertung

  • Netzwerklizenzen Thermo Calc, Dictra und TC-Prisma (Datenbanken für Fe-, Ni- und Al-Basiswerkstoffe, Schlacken sowie die zugehörigen Mobilitätsdatenbanken)
  • Softwarelizenzen Minitab 17 zur statistischen Versuchsauswertung

 

Prozessvisualisierung

  • Hochgeschwindigkeitskamera VW 9000 der Fa. Keyence
  • Schlierenoptik
  • Hochintensitäts-Beleuchtungseinrichtung

 

Fachbücher

  • M. Lake (Herausgeber) Oberflächentechnik in der Kunststoffverarbeitung, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München, 2016, ISBN: 978-3-446-44675-5
  • G. Mennig, M. Lake (Herausgeber) Verschleißminimierung in der Kunststoffverarbeitung, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München, 2008, ISBN  978-3-446-40776-3

 

Begutachtete Publikationen

  • S. Sen, M. Lake, P. Schaaf: Al-based binary reactive multilayer films: Large area freestanding film synthesis and self-propagating reaction analysis, 2018, Applied Surface Science, doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.207
  • S. Sen, M. Lake, P. Schaaf: Experimental investigation of high temperature oxidation during self propagating reaction in Zr/Al reactive multilayer films, Surface and Coatings Technology, 2018, doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.014
  • S. Sen, M. Lake, R. Grieseler, P. Schaaf: Effects of mulitlayer arrangements in ternary reactive fim on self-propagating reaction properies, Surface and Coatings Technology, 2017, doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.07.065
  • S. Sen, M. Lake, J. Wilden, P. Schaaf: Synthesis and characterization of Ti/Al reactive multilayer films with various molar ratios, Thin Solid Films, 2017, doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.012
  • S. Sen, M. Lake, N. Kroppen, P. Farber, J. Wilden, P. Schaaf: Self-propagating exothermic reaction analysis in Ti/Al reactive films using experiments and computational fluid dynamics simulation, Appl. Surf. Sci., 2016, dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.11.197

 

Nicht begutachtete Publikationen

  • S. Sen, M. Babaei, M. Lake, P. Schaaf: Characterization of self-propagating exothermic reaction in bimetallic Zr/Al reactive multilayer nanofoil. – In: 4SmartS Konferenzproceedings. De Gruyter Verlag. Symposium für Smarte Strukturen und Systeme (4SmartS), 6.-7. April 2016, Darmstadt, S. 320-329, doi.org/10.1515/9783110469240-028
  • S. Seema, G. Langels, M. Lake, P. Schaaf: Effects of melting layers on nanobonding using reactive multilayer nanofoils. - In: 2. Internationale Konferenz Euro Hybrid Materials and Structures (Kaiserslautern) : 2016.04.20-21. - Frankfurt : Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (2016), S. 257-261

 

Professuren im Labor für Oberflächentechnik

  • Prof. Dr.-Ing. Markus K. Lake
    • Lehr- und Forschungsgebiet "Produktionstechnik und Beschichtungsverfahren"
    • Leiter des Labors für Oberflächentechnik

 

  • Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Wilden
    • Lehr- und Forschungsgebiet "Funktionswerkstoffe und Beschichtungen"
    • Leiter des Kompetenzzentrums "Surface Technology Applied Research (STAR)"

 

  • Prof. Dr. Tobias Kimmel
    • Lehr- und Forschungsgebiet "Reinigungstechnologie

 

Mitarbeitende in Forschung und Lehre

  • Frau Dr.-Ing. Annette Pariser
  • Frau Dipl.-Ing. Angela Rheindorf
  • Frau M. Sc. Katarzyna Dittrich

 

Promotionen

Laufende Promotionen

  • Frau Dipl.-Ing. Angela Rheindorf
  • Frau M. Sc. Katarzyna Dittrich
  • Herr Dipl.-Ing. Ingo Reinkensmeier

 

Abgeschlossene Promotionen

  • Frau Dr.-Ing. Seema Sen
  • Herr Dr.-Ing. Oliver Stahn
  • Herr Dr.-Ing. Thomas Luhn
  • Herr Dr.-Ing. Matthias Herr
  • Herr Dr.-Ing. Johannes Richter

 

Kompetenzzentrum Surface Technology Applied Research

Die Themen, die im Kompetenzzentrum STAR und im Labor für Oberflächentechnik bearbeitet werden sind aktuell und haben einen hohen Praxisbezug. Hierdurch sind wir nicht nur interessant für Studierende der Fachrichtung Produktionstechnik, sondern auch für alle anderen Studienrichtungen an unserem Fachbereich. Wer sich weitergehend mit der Oberflächentechnik beschäftigen möchte, kann das Masterstudium "Produktion und Oberflächentechnik" absolvieren und hier den Abschluss Master of Science (M. Sc.) erlangen. Dieser ist eine ideale Grundlage, um in der Industrie sowie in der Forschung- und Entwicklung weitergehende Aufgaben zu übernehmen. Andererseits ist der Abschluss Master of Science auch eine sehr gute Basis, um, bei entsprechender Eignung, den Weg der Promotion einzuschlagen.

Leiter des Kompetenzzentrums

Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Wilden
Funktionswerkstoffe und Beschichtungen

Leiter des Labors Oberflächentechnik

Produktionstechnik und Beschichtungsverfahren
  • Raum: F 308
  • Telefon: +49 (0)2151 822-5142
  • Markus.Lake(at)hs-niederrhein.de
  • Reinarzstraße 49

  • 47805 Krefeld
  • Sprechstunde:

     

    Die Sprechzeiten in der vorlesungefreien Zeit finden Sie unter "Alle Infos auf einen Blick".

    Ich wünsche Ihnen einen schönen Sommer.