Die Beschichtung mit Kupfer-Nickellegierungen bietet als klassische Technologie zur Oberflächenbehandlung von Metallen einzigartige Leistungsvorteile im Bereich der elektromagnetischen Abschirmung. Die Kupferschicht bietet eine hervorragende Leitfähigkeit von 5,8 × 10⁷ S/m und reflektiert und absorbiert elektromagnetische Wellen effektiv. Die Nickelschicht als funktionelle Beschichtung verfügt nicht nur über eine gute Korrosionsbeständigkeit, sondern bildet auch einen stabilen Oxidfilm, der eine schnelle Oxidation und ein Versagen der Kupferschicht in feuchten Umgebungen verhindert. Diese zweischichtige Verbundstruktur erreicht durch einen synergistischen Effekt ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit und Haltbarkeit.
Im Hinblick auf die Beschichtungsverfahren sind die stromlose Beschichtung mit Nickel-Phosphorlegierungen und die elektrolytische Beschichtung mit Kupfer-zwei gängige technische Methoden. Die stromlose Beschichtung erfordert keinen externen Strom und beruht auf einer selbst-katalytischen Oxidation-Reduktionsreaktion, um eine gleichmäßige und dichte Beschichtung auf der Faseroberfläche zu bilden, wodurch sie sich besonders für die Verarbeitung komplex-geformter Textilmaterialien eignet. Durch die Steuerung der Stromdichte und der Elektrolytzusammensetzung ermöglicht das Galvanisieren eine präzise Steuerung der Beschichtungsdicke und des Zusammensetzungsverhältnisses. Studien haben gezeigt, dass das Verbundmaterial eine Abschirmwirkung von mehr als 60 dB im Frequenzband von 8–18 GHz erreichen kann, wenn das Kupfer-Nickel-Verhältnis im Bereich von 4:1 bis 7:3 gehalten wird.
Die Vorbehandlung der Fasermatrix hat entscheidenden Einfluss auf die Beschichtungsqualität. Synthetische Materialien wie Polyester- und Polyamidfasern erfordern Aufrauungs-, Sensibilisierungs- und Aktivierungsprozesse an der Oberfläche, um die Bindungsstärke zwischen der Metallschicht und der Polymerschnittstelle zu verbessern. Eine Plasmabehandlung oder eine Modifikation des Silan-Haftvermittlers kann die Beschichtungshaftung um mehr als 40 % verbessern, und die Änderungsrate des Oberflächenwiderstands kann nach 50 Standardwäschen immer noch auf 15 % kontrolliert werden.
Mikrostrukturelle Beobachtungen zeigen, dass die Kupfer-Nickel-Beschichtung eine typische Zellwachstumsmorphologie mit Korngrößen im Nanometer- bis Submikrometerbereich aufweist. Diese feine Struktur ist vorteilhaft für die Vergrößerung der spezifischen Oberfläche und die Verbesserung des Beitrags des Grenzflächenpolarisationsverlusts zur Absorption elektromagnetischer Wellen. Gleichzeitig führen die ferromagnetischen Eigenschaften der Nickelschicht zu einem magnetischen Verlustmechanismus, der den elektrischen Verlust der Kupferschicht ergänzt und die effektive Abschirmbandbreite erweitert.
Temperaturstabilitätstests zeigen, dass die Kupfer-Nickel-Beschichtung ihre strukturelle Integrität bei Umgebungswechseln von -40 Grad bis 150 Grad beibehält, mit einem Temperaturkoeffizienten des Widerstands unter 0,003/Grad. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich für Anwendungen mit einem breiten Temperaturbereich, beispielsweise in der Automobilelektronik und in der Luft- und Raumfahrt. Wenn der Nickelgehalt in der Beschichtung darüber hinaus 30 % übersteigt, zeigt das Material eine erhebliche Beständigkeit gegen Oxidation und Verfärbung, wobei nach 96 Stunden Salzsprühtest nur leichte Lochfraßkorrosion auf der Oberfläche auftritt.
Im Vergleich zu Beschichtungen aus reinem Silber hat das Kupfer-Nickel-System einen klaren Vorteil bei der Kostenkontrolle, da die Rohstoffpreise nur 1/80 bis 1/100 der Silberpreise betragen. Obwohl seine Leitfähigkeit der von Silber etwas unterlegen ist, kann es durch Optimierung der Beschichtungsdicke und des Strukturdesigns eine gleichwertige Substitution in den meisten Niederfrequenz- und Mittelfrequenz-Abschirmungsanwendungen erreichen. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Herstellung nanokristalliner Beschichtungen, die Optimierung von Pulsgalvanisierungsprozessen und die Kontrolle der Beschichtungs--Substratschnittstelle mit dem Ziel, die Flexibilität und Ermüdungsbeständigkeit des Materials weiter zu verbessern.
