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Einleitung

Die Veredlung von Poly- meroberflächen durch nasschemische oder plasmachemische Modi- fizierung und nachfol- gende Metallbeschich- tung ist heute ein grundlegender Bestand- teil der modernen Werk-

stofftechnik. Ein praktischer Einsatz solcher Ver- bundwerkstoffe ist aber nur sinnvoll, wenn unter den eigentlichen Einsatzbedingungen der Verbund aus Beschichtung und Grundmaterial nicht versagt. Mit anderen Worten, wenn die Schicht unter den Einsatzbedingungen gut haftet.

Zur Charakterisierung der Haftfestigkeit eines Metall-Polymer-Verbundwerkstoffs setzen die indu- striellen Hersteller und Anwender eine Vielzahl von Methoden zur Haftungsprüfung unter unterschied- lichen Belastungen ein. Hierzu zählen u. a. unter- schiedliche Abreißtests, bei denen z. B. durch Kle- bung Folien oder Stäbe mit der Schicht verbunden und dann unter Zug- oder Scherspannung gesetzt werden. Vielfach werden auch einfache Biege- oder Knicktests eingesetzt, durch deren Anwendung schlecht haftende Schichten identifiziert werden können. Obwohl diese Tests in der Regel genormt sind, führt ihre Anwendung durch verschiedene Hersteller und Anwender oft zu unterschiedlichen, in Einzelfällen sogar zu widersprüchlichen Ergeb- nissen. Darüber hinaus erschwert das Fehlen von Referenzmaterialien den Vergleich von Ergebnissen verschiedener Prüfer sowie die Bewertung von Prä- zision und Reproduzierbarkeit verschiedener Prüf- verfahren. Aus diesen Gründen erscheint die Qua- lifizierung von Verfahren zur Prüfung der Haft- festigkeit als notwendig. Es wurden die häufig in der industriellen Praxis eingesetzten Prüfverfahren Schältest und Stirnabzugstest qualifiziert. Weiterhin wurde der bisher eher wenig genutzte Torsionstest qualifiziert.

Es wurden exemplarisch die beiden Verbundsyste- me Kupfer auf Polyimid und Aluminium auf Poly- carbonat untersucht. Diese Materialien wurden auf Grund ihrer wirtschaftlich-technischen Bedeutung ausgewählt, die durch Umfragen bei kompetenten industriellen Polymerproduzenten, Anlagenbauern, Beschichtern und Anwendern bestätigt wurde.

Bericht über einen Workshop im Rahmen der PSE 2002

Im Rahmen der PSE 2002, 8th International Confe- rence on Plasma Surface Engineering, die vom 9. bis 13. September 2002 in Garmisch Partenkirchen stattfand, wurde auch ein anwendungsbezogener Workshop abgehalten. In neun Beiträgen wurde an ausgewählten Beispielen gezeigt, in welchem Umfang plasma- und ionengestützte Verfahren schon heute in industriellem Maßstab eingesetzt werden. Zu Beginn stellte Dr. R. Grün, Plasma Tech- nik Grün GmbH, Siegen, D, die grundsätzlichen Möglichkeiten und Wege vor, auf denen Plasma- oberflächentechnologien von der Forschung in die industrielle Anwendung übergeführt werden können. Im Folgenden wird über die einzelnen Beiträge kurz berichtet:

Optische Schichten auf Kunststoffsubstraten gewin- nen in dem Maße an Bedeutung, wie der Einsatz transparenter Kunststoffe in der Optik zunimmt. In dem Beitrag Optical Coatings on Plastic Substrates (Ludvik Martinu, Ecole Polytechnique, Montreal, C, und Ric Shimshock, MLD Technologies, Mountain View, USA) informierte der Vortragende darüber, welche Fortschritte auf diesem Gebiet in den verschiedenen Industriezweigen erwartet werden. Kunststoffsubstrate bieten Vorteile wie geringeres Gewicht, größere Flexibilität bei der Formgebung, niedrigere Kosten und erhöhte Sicherheit. Beim Ein- satz optischer Schichten auf Kunststoffen müssen ihre geringe Temperaturbelastbarkeit, ihr Wasser- gehalt, die unterschiedlichen thermischen Aus- dehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat sowie ihre niedrige Härte berücksichtigt werden. Der Vortragende zeigte an Beispielen, dass bei sorg- fältiger Kontrolle wichtiger Parameter, die z. B. die Haftung beeinflussen, mittels PECVD optische Schichten großflächig auf Kunststoffsubstrate auf- gebracht werden können.

Bericht über eine Veranstaltung der EFDS

Der Workshop

Der 17. Wörlitzer Workshop fand vom 6. bis 7. Juni 2016, einer langjährigen Tradition folgend, wieder in Wörlitz statt. Schwerpunktthema war diesmal „Schichthaftung – Anwendungsbeispiele aus der Praxis“. Etwa vierzig Teilnehmer waren in das landschaftlich schöne und kulturträchtige Wörlitz an der Elbe gekommen, das an einer zum UNESCO-Welterbe Dessau-Wörlitzer Gartenreich zählenden Teichlandschaft liegt. Die Gartenanlage war von Fürst Leopold III. Friedrich Franz von Anhalt-Dessau (1740–1817) in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts angelegt worden, Sie bot auch einen schönen Rahmen für die im Rahmen der Veranstaltung abgehaltene Abendgondelfahrt, auf der wieder alte Kontakte gepflegt und neue geknüpft werden konnten.

Gute Haftung, niedrige Rauigkeit, Superlubricity

Hohe Erwartungen an tribologische Beschichtungen steigern den Bedarf nach innovativen Technologien. Im Pegasus-Projekt hat IHI Hauzer Beschichtungstechnologie mit der Entwicklung einer neuen ta-C-Version begonnen, die mittels High Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS) Technologie hergestellt wird.

Seit ihrer Einführung in den 1990er Jahren werden diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC: a-C:H und a-C:H:Me) wegen ihrer exzellenten Kombination aus niedriger Reibung und besserer Abriebbeständigkeit besonders häufig als tribologische Beschichtungen für Maschinenteile verwendet. Heutzutage wer- den Maschinenteile wie Kolbenringe, Kolbenbolzen, Tassenstößel und Dieseleinspritzkomponenten in ex- trem hohen Stückzahlen (hunderte Millionen) mit DLC-Beschichtungen versehen. Aber weil sich die Automobilindustrie durch die Forderung nach reduziertem CO2-Ausstoß schnell verändert, ändern sich auch die Anforderungen für die Komponenten. Durch die Verkleinerung der Motoren werden die Betriebsbedingungen sogar noch extremer. Darum müssen die Komponenten und die verwendete Beschichtung viel höhere Temperaturen und mechanische Belastungen aushalten. Als Beschichtungslösung sind wasserstofffreie ta-C- Beschichtungen ein guter Kandidat, weil sie eine bessere Wärmestabilität und hervorragende mechanische und tribologische Eigenschaften bieten. In Kombination mit geeigneten Schmiermitteln können niedrige Reibungswerte von 0,01 bis 0,04 erreicht werden; dies nennt man Superlubricity.

Am 24. November 2015 fand in Nürnberg bei der TÜV Akademie ein Seminar zum Thema Brandschutz in der Galvanotechnik in Zusammenarbeit mit dem KompetenzZentrum Oberflächentechnik statt. Hierbei wurden Schadensbeispiele, Schadensfälle aus der Praxis, sowie Konsequenzen, Kosten, Haftung, Ursachen, eine Checkliste für Anlagenbetreiber und der neue Versicherungs-Leitfaden des GDV vorgestellt. Damit verbunden wurden die zukünftigen Anforderungen aus Versicherungs-, Sachverständigen- und Behördensicht dargestellt. Die gut besuchte Veranstaltung ist vom Verband für Sicherheit, Gesundheit und Umweltschutz anerkannt und auch als Fortbildung für Brandschutzbeauftragte nach den Vorgaben der vfdb-Richtlinie 12-09/01 geeignet. Im Rahmen der Veranstaltung fand auch eine fachspezifische Ausstellung statt.

Innovative Plasmaanwendungen zur Haftungsverbesserung

Intensiver Gedankenaustausch zu den Themen Plasma-Technologien bei Normaldruck und Oberflächenhaftung

Am 11. und 12. November 2015 fand in Erfurt der Workshop „Haftung durch Oberflächenfunktionalisierung“ mit 70 Teilnehmern statt. Die Haftungsoptimierung ist eines der bisher realisierten Hauptanwendungsgebiete von atmosphärischen Plasmen. Dabei stehen ständig neue Funktionsanforderungen an die Oberflächen für verschiedene Anwendungen und Materialkombinationen im Fokus.

Workshop der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. (EFDS)

Die EFDS ist bekannt durch ihre Aktivitäten zum Technologietransfer, zum Netzwerkmanagement und die Durchführung hochinteressanter Workshops zu aktuellen Praxisthemen. In einer solchen Veranstaltung wurde ein für jeden Oberflächentechniker seit Urzeiten heißes Thema, die Messung der Schichthaftung, angefasst. Diskutiert wurde über Kenngrößendefinition, Standards, effektive, anwendungsbezogene und aussagekräftige Prüfverfahren, deren Vergleichbarkeit sowie die Vermeidung von Fehlerquellen. Von den Teilnehmern wurde angeregt, auch zu diesem brisanten, branchenübergreifenden Schlüsselthema ein langfristiges Podium für Erfahrungsaustausch und Projektentwicklung innerhalb der EFDS zu schaffen.

Optimale Haftung von Geckos und Insekten beruht auf Formoptimierung und Größenreduzierung der Haftkontakte, berichten Stuttgarter Max-Planck-Forscher. Die Haftstrukturen an den Füßen von Geckos und vielen Insekten bestehen aus nur wenige hundert Nanometer feinen Härchen. Diese Nanostrukturen haben sich vermutlich im Laufe der Evolution entwickelt, um die Haftung der Insekten auf Substraten zu optimieren. Dies zeigen jüngste Forschungen am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart: Danach hängt eine optimale Haftung davon ab, dass diese Härchen an ihren Kontaktflächen optimal geformt sind. Doch diese starke Formabhängigkeit kann durch eine Minimierung der Haftkontakte ausgeglichen werden. Denn unterhalb von 100 Nanometer haften die Kontakte optimal – unabhängig von Formveränderungen der Kontaktflächen. Eine optimale, fehlertolerante Haftung lässt sich also über eine Kombination aus Größen- reduzierung und Formoptimierung erzielen. Dabei gilt: Je kleiner die charakteristische Größe des einzelnen Haftkontakts, desto weniger wichtig ist seine Form. Das macht auch plausibel, warum Haarkontakte von biologischen Haftungssystemen nur zwischen einigen hundert Nanometern und wenigen Mikrometern groß sind. Diese Erkenntnisse sind wichtig für das Design von Haftsystemen in der Technik [1].

Einführung

Biologisch zählt Magnesium zu den wichtigsten Elementen, die für Menschen, Tiere und Pflanzen unbedingt notwendig sind. Magnesium, ein silbrigweiß-glänzendes Metall, zeigt eine große Affinität zu Nichtmetallen wie Sauerstoff und Chlor und überzieht sich an Luft mit einer grauen passivierenden Oxidschicht, die es vor weiteren Reaktionen schützt [1]. Von kaltem Wasser wird Magnesium nur langsam, von heißem Wasser deutlich schneller angegriffen. Mit Säuren reagiert Magnesium sehr heftig unter Freisetzung von Wasserstoff und Bildung der entsprechenden Salze. Von Laugen wird Magnesium hingegen nicht angegriffen. Mit einer Dichte von 1,74 liegt Magnesium deutlich unter der Dichte des schon leichten Aluminiums (d = 2,7 g/cm3 ) und gehört somit zur Gruppe der Leichtmetalle (Dichte < 4,5 g/cm3). Die geringe Dichte und eine ökologische Unbedenklichkeit sind die herausragenden Eigenschaften, die den verstärkten Einsatz von Magnesium als Konstruktionswerkstoff fördern. Die oben genannte Reaktionsfähigkeit von Magnesium resultiert aus dem unedlen Charakter des Metalls, der sich in der Stellung des Magnesiums in der elektrochemischen Spannungsreihe widerspiegelt (Tab. 1).

Elektrolytische Entfettung

Frage: Wir vernickeln Teile, die beim Gebrauch auf Vibration beansprucht werden und daher eine besonders gute Haftung der Nickelschicht erfordern. Ein Problem, das uns aus bestimmten Gründen derzeit besonders beschäftigt, ist der Einfluss der elektrolytischen Entfettung auf die Haftung: also die Teile kathodisch oder anodisch schalten, was bringt Umpolung, welches ist die optimale Temperatur usw.?

In Maschinenbau, Elektrotechnik und Medizintechnik spielen Diamant- und diamantartige Schichten aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften (z. B. Härte, Verschleißbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit, Biokompatibilität) eine zunehmend wichtige Rolle. Infolge des verschärften Produkthaftungsgesetzes muss die Qualität der Schichten im Einsatz dauerhaft gewährleistet werden, um die Produktsicherheit des Schichtverbundsystems während des gesamten Produktlebenszyklus sicherzustellen und den Beschichter vor finanziellen Risiken aus Haftungsansprüchen zu schützen. Die Schichtdicke zählt zu den wichtigsten Parametern einer dünnen Schicht und beeinflusst in der Regel die wesentlichen Funktionseigenschaften und damit die Produktqualität. Es sind daher etliche Verfahren der Schichtdickenmessung, je nach technischer Anwendung, entwickelt und in Normen detailliert spezifiziert worden (Tab. 1).

Zur Inbetriebnahme einer Egaclean Anlage bei der Firma Ionbond

Kohlenwasserstoffe – A3 Lösemittel (nicht chloriert) – entfetten ausgezeichnet. Die wässerige Reinigung löst Salze und andere polare Verunreinigungen. Nur beides kombiniert kann eine einwandfreie Reinigung gewährleisten. Deshalb hat sich die Firma Ionbond entschieden, diese Technologie vor der PVD und CVD Abscheidung einzusetzen.

Feinstreinigung

Ionbond (Olten) gehört zu den führenden Unternehmen im Bereich der CVD- und PVD-Beschichtung. Um die Haftung der harten Schicht sicherzustellen, ist die Oberflächenreinheit der Teile vor der Schichtabscheidung von größter Bedeutung. Bis zirka 1991 wurde bei Ionbond wässerig, anschließend mit R113 gereinigt und am Schluss getrocknet. Nach dem Verbot des R113 wurden die An- lagen umgebaut. Im vorliegenden Fall wurde eine Anlage mit wässeriger Reinigung und anschließender Isopropanol-Trocknung verwendet.

Räumlich spritzgegossene Schaltungsträger (3D-MIDs, 3D-moulded interconnect devices) werden zukünftig in der Lage sein, herkömmliche zweidimensionale Leiterplatten sinnvoll zu ergänzen. Das LPKF-LDS- Verfahren (Laser-Direkt-Strukturierung) geht von dotierten Kunststoffen aus, die nach der Laserstrukturierung einen additiven Leiterbahnaufbau durch stromlose Metallisierung ermöglichen. Die Grundidee dieser Technologie besteht darin, dass bei Einwirkung der Laserstrahlung spezielle metallorganische Substanzen im Kunststoff aktiviert werden und eine nachfolgende stromlose Metallisierung ermöglichen. Bei der Laserstrukturierung wird gleichzeitig die erforderliche Oberflächenstruktur an der Grenzfläche Kunststoff - Metall erzeugt, die für eine hohe Haftung (> 8 N/cm) verantwortlich ist. Es wird über die dotierten, laseraktivierbaren Kunststoffe berichtet, auf die Laser- und Verfahrensparameter bei der stromlosen Metallisierung eingegangen und die praktische Anwendung am Beispiel eines teilaromatischen, hochtemperaturbeständigen Polyamids (PA6/6T) gezeigt. Messungen der Haftfestigkeit am Kunststoff-Metallverbund und Veränderungen der Oberflächenenergie nach der Laserstrukturierung werden vorgestellt.

Durch Umwelteinwirkung verursachte Schäden

Als Umweltschäden werden im vorliegenden Zu- sammenhang durch Umwelteinwirkung verursachte Schäden verstanden. Nach der Begriffsbestimmung in § 3 Abs. 1 Umwelthaftungsgesetz (UmweltHG) setzt dies voraus, dass ein Schaden durch Stoffe, Erschütterungen, Geräusche, Druck, Strahlen, Gase, Dämpfe, Wärme oder sonstige Erscheinungen verursacht wird, die sich in Boden, Luft oder Wasser ausgebreitet haben. Charakteristisch ist demnach die Entstehung des Schadens über die Umwelt- medien Boden, Luft oder Wasser. Solche Schäden können als Personen-, Sach- und Vermögensschäden auftreten, oder als allgemeine ökologische Schäden (Artenrückgang, Klimaveränderung u. a.). Voraussetzung für die Geltendmachung zivilrechtlicher Ansprüche ist jeweils die Zurechenbarkeit des Schadens zu einem individualisierbaren Schädiger [1]. Diese ist etwa bei so ge- nannten Summations- und Distanzschäden, die auf ununterscheidbar vermischten Emissionsbeiträgen beruhen und in großer Entfernung von den Emis- sionsquellen auftreten, oder bei allgemeinen ökologischen Schäden nicht gegeben [2].

Am MPI für Eisenforschung werden Plasmapolymerschichten sowohl für den Korrosionsschutz und die Haftungsvermittlung als auch für die Einstellung der Benetzbarkeit von Stahlbandoberflächen entwickelt. Die Korrelation von chemischer Zusammensetzung und Morphologie mit den Schichteigenschaften steht dabei im Vordergrund der Untersuchungen. Auf Basis siliziumorganischer Monomere wurden Schichten für verzinkten Stahl ent- wickelt, die an der Grenzfläche zwischen metallischem Überzug und organischer Beschichtung für einen sehr guten Korrosionsschutz sorgen. Morphologie und chemische Struktur der Schichten wurden durch Messung der elektrochemischen Impedanz mit ihren Barriereeigenschaften korreliert. In Korrosionsprüfungen zeigt sich, dass das hohe technische Niveau des Korrosionsschutzes mit Standardverfahren wie Phosphatierung und Chromatpassivierung durch die wenige zehn Nanometer dicken Plasmapolymere erreicht werden kann. Bereits korrosionsgeschützte Metalloberflächen wurden mit spezifisch rauen Plasmapolymeren beschichtet, um ultrahydrophobe Oberflächen herzustellen. Dazu wurden neben siliziumorganischen Monomeren auch fluorierte Monomere erfolgreich eingesetzt. Die Resultate zeigen, dass mittels der Plasmapolymerisation ein effektives Schichtdesign für Metallbleche durchgeführt werden kann.

Am 21. April 2004 ist die Richtlinie EU-RL 2004/35/EG Umwelthaftung zur Vermeidung und Sanierung von Umweltschäden in Kraft getreten, die bis zum 30. April 2007 in nationales Recht umgesetzt werden soll. Damit erlässt die EU erstmals eine umfassende Haftungsregelung für Umweltschäden. Insbesondere führt sie die Haftung für Schäden an der biologischen Vielfalt ein, die bislang kein Mitgliedstaat vorgesehen hat. Das ist ein bedeutender Schritt nach vorn. Hierzu sind zwar noch fast zwei Jahre Zeit, die Richtlinie wirft aber in der jetzigen Fassung jede Menge Fragen auf.

Der Schutz von Oberflächen gegen äußere Einwirkungen wie Verschleiß und Korrosion sowie funktionale sensorische und optische Eigenschaften von Oberflächen gewinnen in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung. Vor allem Beschichtungen mit Dicken im Nanometer- bis Mikrometerbereich zeigen ein bisher unbekanntes Eigenschaftspotenzial für innovative Anwendungen von der Weltraumtechnik über die Medizintechnik und den Rennsport bis zum Maschinen- und Werkzeugbau. Derartige Schichtsysteme erfordern neue Herstelltechnologien, wie die Pulsed Laser Deposition (PLD), ein Verfahren aus der Gruppe der physikalischen Gasphasen-Beschichtungsverfahren (Physical Vapour Deposition, PVD), das als industrielles Beschichtungsverfahren am Laserzentrum Leoben der Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH (Österreich) entwickelt wurde. Durch Integration der Magnetron-Kathodenzerstäubung (Sputtern) und der Ionenstrahlbeschichtung konnte ein Hybrid-Beschichtungsprozess (HybridPLD) verwirklicht werden, dessen Anwendung die optimale Schichthaftung von bei Raumtemperatur mittels PLD abgeschiedenen Schichten erstmals auch für gesputterte Schichten erreichen lässt. Dadurch wird eine haftfeste, großflächige Hochratebeschichtung von Metallen und Kunststoffen bei Raumtemperatur möglich.

Schon geringe Mengen an Verunreinigungen können bei Beschichtungen zu Haftungsproblemen und optischen Beeinträchtigungen führen. Daher ist die Kernaufgabe der Bauteilreinigung und Vorbehandlung die erforderliche Reinheit und Oberflächenfunktionalisierung für die nachfolgenden Prozesse herzustellen. Dieser Behandlungsschritt beeinflusst nicht nur die Qualität, sondern auch die Kosten der Produktion entscheidend. Zu den wichtigsten Anforderungen in der industriel- len Teilereinigung zählen die stabile Bauteilsauberheit und hohe Wirtschaftlichkeit. Somit ist eine qualitätssichernde Prozessführung in der Bauteilvorbehandlung eine wesentliche Voraussetzung für qualitativ hochwertige und haltbare Beschichtungen. Die Bauteilvorbehandlung kann mit unterschied- lichen Prozessen durchgeführt werden. Eine Methode hierfür ist die Reinigung und Aktivierung mittels Niederdruckplasma. // 

In the realm of surface coating already small amounts of impurities can lead to adhesion problems and optical impairment. The core task in component cleaning and pre-treatment therefore is to establish the necessary cleanliness and surface functionality for all subsequent processes. This process step decisively impacts not only the quality but also the cost of production. Among the most important requirements in industrial component cleaning are stable component cleanliness and high efficiency. Thus an appropriate process management assuring the quality level of component pre-treatment is a major condition for high-quality, durable coatings. Component pre-treatment may be carried out using different processes. One method is cleaning and activation via low pressure plasma.

Bericht über das 12. Leipziger Fachseminar der DGO-Bezirksgruppen Sachsen und Thüringen

Am 17. März 2005 fand das von den DGO-Bezirksgruppen Sachsen und Thüringen organisierte 12. Leipziger Fachseminar im Treff Hotel Leipzig statt. Eröffnet wurde das Programm mit dem Plenarvortrag Korrosionsschutzprüfungen – eine kritische Betrachtung. Die folgenden Vorträge befassten sich mit der Teilereinigung in wässrigen Elektrolyten und der Prozessgröße Oberflächenspannung zur Badüberwachung bei der Teilereinigung und galvanischen Metallabscheidung. In einem weiteren Vortrag wurde über Zink-Legierungen, Eigenschaften und Anwendungen, berichtet. Zur Nachbehandlung moderner Korrosionsschutzschichten wurde eine technologische Verfahrensweise und zur Gewährleistung der Prozesssicherheit wurden Analysensysteme in der Oberflächentechnik vorgestellt. Den Abschluss bildeten Ausführungen zur zivilrecht- lichen Haftung für Umweltschäden.

Die Einlagerung von Partikeln in eine Metallschicht ist eine der Möglichkeiten zur Modifizierung der Eigenschaften galvanischer Beschichtungen. Mit zunehmenden An­forderungen an die Schichteigenschaften hat diese Methode ständig an Bedeutung gewon­nen. Neben der klassischen Bildung von Nickeldispersionsschichten mit Mikropartikeln zum Verschleißschutz, hat in letzter Zeit besonders die Einlagerung von Nanoteilchen Interesse gefunden [1]. Auch in galvanischen Zinkschichten können Metalloxide eingelagert werden, zunächst mit der Absicht eine Verbes­serung der Haftung späterer Lackierungen zu erreichen [2]. Aber trotz praktischer Erfahrun­gen mit einer Vielzahl von Metallen, ist der Mechanismus der Einlagerung noch nicht voll verstanden. Eine Diskussion der offenen Fragen scheint daher angebracht.