Ny metod sammanfogar olika metaller

Det är forskare vid Christian-Albrechtsuniversitetet i Kiel som har hittat en metod att ändra ytstrukturen på metaller utan att äventyra den mekaniska stabiliteten i övrigt. Man har använt sig av en elektrokemisk etsningsteknik hämtat från halvledarindustrin, som ruggar upp utan på metallen på mikrometernivå.

Därigenom kan metaller som aluminium, titan eller zink sammanfogas med näst intill alla andra material, eller få vattenavstötande egenskaper eller ges bättre biokompabilitet i medicinska tillämpningar.

Enligt Jürgen Carstensen, en av forskarna bakom metoden, förvandlas metallytan till en halvledare som kan etsas och ges ett önskat mönster. Detta utan att metallen stabilitet i övrigt ändras. På så vis kan metaller fogas samman som tidigare inte gått att sammanfoga, som koppar och aluminium.

I processen avlägsnas partiklar som är kemiskt instabila. Ytskiktet ruggas upp i etsningsprocessen och ger en tredimensionell ytstruktur. Därigenom ändras ytegenskaperna ner till kanske 20 mikrometers djup, men inte metallen som helhet. Forskarna kallar metoden nanoscale sculpturing.

Att ytan är behandlad kan ses med blotta ögat – den ser matt ut. Men till skillnad från en yta som slipas med sandpapper får den etsade ytan en 3d-struktur, där små hakar bildas. Om en sammanfogande polymer anbringas mellan två sådana behandlade ytor kommer dessa att haka i varandra som ett 3d-pussel.

- Dessa 3d-pusselsammanfogningar är näst intill omöjliga att bryta sönder, säger Melike Baytekin-Gerngross vid Kieluniversitetet. I våra försök är det snarare polymeren eller metallen än sammanbindningen som brister.

Ytan är heller inte fettkänslig, exempelvis för fingeravtryck. Forksarna har till och med smetat in ytor med smörjolja, men sammanbindningen har hållit. Stabiliteten finns även kvar om ytan utsätts för höga eller låga temperaturer.

Ytterligare en effekt av etsningen är att ytan blir vattenavstötande. Industriella tillämpningar sträcker sig därför över ett stort område, från klassisk metallindustri som skeppsvarv eller flygindustri, till grafisk industri och medicintekniska tillämpningar.

Titan används exempelvis ofta för medicinska implantat. För att sätta implantaten på plats i kroppen används även mindre andelar aluminium. Men aluminium kan utlösa oönskade bieffekter i kroppen. Med den nya processen kan aluminium avlägsnas från ytskiktet så att endast titan kommer i kontakt med mänsklig vävnad.

Forskargruppen har för närvarande fyra patentansökningar kring processen, som beskrivs närmare i facktidskriften Nanoscale Horizon.