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BMW AG optimiert mit IPT/Stohrer Beschichtungsanlagen für Motorradmotoren

Für die Beschichtung der wassergekühlten Vier- zylinder K100-Modelle wurde vor zwanzig Jahren von der Firma M & T Chemicals gemeinsam mit der Firma Stohrer eine der ersten und damals modernsten Beschichtungsanlagen für mehrzylindrige Alu- miniumblöcke mit Nickeldispersion in Betrieb genommen.

Die BMW AG war schon immer bestrebt, die neueste Fertigungstechnologie anzuwenden und war mit dieser Anlage, einer der ersten Inhouse-Anwender, der diese Beschichtung selbst durchgeführt hat. Die Beschichtung erfolgte zu dieser Zeit im Tauch- verfahren. Bei diesem Tauchverfahren wurden zwangsläufig auch die nicht zu beschichtenden Flächen mit den Vorbehandlungschemikalien in Kontakt gebracht, was durchaus zu maßlichen Veränderungen von bereits bearbeiteten Flächen unter teilweise starkem Angriff der unbearbeiteten Oberflächen führen konnte.

Aufgrund dieser Tatsache wurde bei der BMW AG für die Beschichtung von V-Motoren die Fluttech-

Abb. 1: Systemanordnung (Werksfoto IPT)

nik entwickelt. Dabei wurde diese Technologie soweit entwickelt, dass man fertig bearbeitete Blöcke ohne Beeinträchtigung der bearbeiteten Flä- chen prozesssicher mit optimierten Nickeldispersi- onsschichten versehen konnte. Mit dieser Methode wurden Anlagen für V8-Motoren, Sechszylinder und Formel 1-Motoren von Stohrer und IPT gelie- fert. Die Prozesstechnik wurde gemeinsam ständig weiterentwickelt.

Introduction

Electroplating industry is widely spread in Egypt in the cities like Cairo in industrial areas as well as residential areas. The plating shops are related to a wide variety of metal industries. These include metallic furniture, automobile and other vehicle industries, environmental, household appliance etc. It includes coating metallic surfaces – mainly steel – with chrome, nickel, zinc, copper and other metals for protection, appearance and improvement of corrosion resistance.

Electroplating industry is – in Egypt – a major pol- lutant generator in the manufacturing industries. In electroplating plants huge amounts of water, chemicals and energy are consumed daily. Several materials and processes are involved. They include solvents and surfactants for cleaning, acids and bases for etching and solutions of metal salts and other compounds to coat the metal substrate. The waste generated usually contains more than 100 hazardous or toxic chemicals, metals in the water in addition to air pollutants. This has cost the industry hundreds of millions of dollars per year for waste treatment and disposal [1]. In Egypt most electro- plating workshops work with no environmental control especially for the wastewater.

Einleitung

Aufgrund der hohen Härte, der guten Verschleiß- beständigkeit, des hohen Reflexionsvermögens bei gleichzeitiger Anlaufbeständigkeit und des guten Korrosionsverhaltens ergibt sich für galvanisch abgeschiedene Chromschichten ein breites Einsatz- spektrum. Für technisch komplexe bzw. anspruchs- volle Einsatzgebiete müssen die Eigenschaften von Chromoberflächen jedoch durch weitere Ver- fahrensschritte modifiziert werden. Der folgende Beitrag beschäftigt sich mit neuen Entwicklungen zur Modifikation von galvanisch abgeschiedenen Chromschichten für spezielle, dekorative und funktionelle Anwendungen. Vorgestellt werden Verfahren zur Modifikation der Schichtstruktur, Sol-Gel-Schichten die auf verchromten Bauteilen aufgebracht werden können und thermochemische Randschichtbehandlungen zur Steigerung der Ver-

Einführung

Auf Metalloberflächen lassen sich durch chemi- sche und elektrochemische Reaktionen zwischen den Oberflächenatomen des Metallsubstrates und potentiellen Reaktanten der Umgebungsmedien Konversionsschichten auf Basis der entsprechen- den Metallverbindungen bilden. Diese Reaktionen können, im Gegensatz zu unerwünschten, funk- tionsbeeinträchtigenden Korrosionserscheinungen des Substratmaterials, zur Ausbildung passivie- render, haftfester Konversionsschichten führen, so dass man in vielfältiger Weise zu hoch interessan- ten Oberflächenmodifizierungen und -funktionali- sierungen gelangt.

Durch die Wahl geeigneter Reaktanten und Ver- fahrensparameter (z.B. Brünieren, Phosphatieren, Nitridieren, Anodisieren) ist ein breites Spektrum technisch relevanter Oberflächensysteme zugäng- lich. Einen Sonderfall der anodischen Oberflächen- behandlung stellt die anodische Oxidation unter Funkenentladung dar.

Als Anodenmaterialien eignen sich dabei die so genannten Ventilmetalle (valve metals), deren Bezeichnung auf deren unterschiedliche, dioden- ähnliche kathodische Durchlässigkeit bzw. ano- dische Sperrwirkung für Ladungsträger bei der entsprechenden Polung eines äußeren elektrischen Feldes in wässrigen Elektrolytsystemen zurück- zuführen ist. Besonders ausgeprägte Ventilmetall- eigenschaften zeigen Aluminium, Tantal, Titan, Zirkonium, Niobium, Hafnium sowie Legierungen dieser Metalle.

Durch anodische Polung in geeigneten Elektrolyt- systemen wird die vorhandene, wenige Nanometer starke natürliche Oxidschicht dieser Metalle unter Ausbildung einer passivierenden, porenfreien Sperrschicht während einer Formierphase ver- stärkt. Das Wachstum dieser Sperrschicht ist durch das Erreichen der so genannten Funken- oder

Durchschlagsspannung, ein für das jeweilige Metall/Elektrolyt-System charakteristischer Wert, begrenzt. Bei diesen Anodenpotentialen treten erste dielektrische Durchschläge (dielectric breakdown) auf.

Die dabei ablaufenden elektrochemisch-plasma- chemischen Reaktionen sind makroskopisch durch sichtbare Funkenentladungen an der Phasengrenze Anode/Elektrolyt (Abb. 1), durch akustische Effekte sowie deutliche Potentialschwankungen gekennzeichnet.

Im Resultat der anodischen Oxidation unter Fun- kenentladung entsteht, im Vergleich zu konven- tionellen Anodisierverfahren, ein hinsichtlich der Oberflächenmorphologie (Abb. 2), Phasenstruktur und chemischer Zusammensetzung völlig neuar- tiger Typ glaskeramikartiger anodischer Konver- sionsschichten.

Die Ventilmetalle – die technisch wichtigsten sind Aluminium und Titan – zeichnen sich durch die Bil- dung einer natürlichen und äußerst stabilen Oxidschichtschicht aus. Durch diese Oxidschicht wird der Angriff auf das Metall in Form von Korrosion bereits deutlich reduziert. Durch anodische Oxidation – bei Aluminium auch als Eloxierung bezeichnet – in wässrigen Lösungen kann Dicke und Aufbau der Oxidschicht noch gezielt verändert und die Beständigkeit gegen Korrosion, aber auch Verschleiß noch weiter erhöht werden. Die anodische Oxidation von Aluminium zählt bereits seit vielen Jahren zu den eingeführten Verfahren der Oberflächentechnik.

Eine neue Beschichtungsvariante mit deutlich anderem Verfahrensablauf und anderer Schichtcha- rakterisik ist die plasmachemische Oxidation, wie auch bereits aus dem Titelbild dieses Heftes zu erkennen ist. Die Beschichtung ist zudem nicht nur für Aluminium oder Titan, sondern auch für das zunehmend interessanter werdende Magnesium einsetzbar. Allerdings waren detailliertere Veröffent- lichungen bisher sehr rar.

Ein Leserbrief in der Galvanotechnik 93 (2002) 11, S. 3004 wies auf die nötige differenzierte Betrachtung der von der Bundesregierung so hoch gelobten Windenergie hin, da deren installierte Kapazität nur begrenzt zur Wirkung kommt. Es wird vielmehr die Frage gestellt, warum man nicht mehr für die gezielt planbare Förderung der insbesondere für die Klimaentwicklung vorteilhaften Kernkraft eintritt.

In Norddeutschland gibt es kaum noch Regionen, in denen der Horizont nicht das Bild einer mehr oder weniger großen Vielzahl von Windgeneratoren zeigt. Die Dichte dieser regenerativen Energiespender hat inzwischen ein Maß erreicht, dass man nun in Richtung Off-shore-Anlagen im küstennahen Meeresbereich plant. Dennoch ist der zu erwartende Energieertrag begrenzt und vom Wind abhängig.

Über andere alternative, so genannte regenerative Ener- gien wurde und wird laufend berichtet. Doch sind auch diese Energiequellen regional durch die natürlichen Bedingungen begrenzt – die teure Solarenergie durch die erforderliche Licht-/Sonneneinstrahlung, Wasserkraft durch das Vorhandensein entsprechender Gewässer- gefälle. Die Geothermie steckt noch in den Anfängen praktischer Anwendung.

Der rasante Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien (EE) erfordert eine zeitnahe Erhebung und laufende Aktualisierung der Daten und Fakten zur Entwicklung im Bereich Umwelt und erneuerbare Energien. Das Bundesumweltministerium hat daher im Zuge der Zusammenarbeit mit mehreren wissenschaftlichen Insti- tuten aktuellste Daten und Informationen zum Thema Umwelt und erneuerbare Energien zusammengestellt. Im Folgenden wird eine kurze Übersicht gegeben. Ausführlichere Informationen enthalten die aktuellen Publikationen des Bundesumweltministeriums sowie weitere Veröffentlichungen, die am Ende des Artikels angegeben sind.

Mit einem Bürogebäude nach dem Passivhauskonzept in Stuttgart zeigt die Firma Lamparter die Möglichkeite zur Energieeinsparung im Dienstleistungsbereich auf, gefördert vom BMWi, in Zusammenarbiet mit der FH für Technik, Stuttgart, und dem FhG Institut für Solare Energiesysteme

Bei der Büroarbeit werden besondere Anforderun- gen an die Belichtungsverhältnisse und das Raum- klima gestellt. Sollen diese erfüllt werden, wird dies bei bestehenden Gebäuden im Allgemeinen mit viel technischem Aufwand realisiert. Bei einem Bürogebäude mit einem Dämmstandard nach der Wärmeschutzverordnung 1995, ohne besondere Maßnahmen zum rationellen Energieeinsatz, liegt der Primärenergieverbrauch für die Gebäude- technik bei ca. 200 kWh/m2a, davon benötigt die Beheizung mehr als ein Drittel (Studie IWU). Der hohe Verbrauch führt dazu, dass die Energiekosten in den Gebäudenebenkosten dominieren. Durch einen geeigneten Entwurf in Einklang mit einem intelligenten Energiekonzept lässt sich dieser Auf- wand minimieren.

Bundesregierung legt Erfahrungsbericht vor

Das Bundeskabinett hat am 10. Juli 2002 den ersten Erfahrungsbericht1 zum Erneuerbare-Energien- Gesetz (EEG) vorgelegt, das von der federführend vom Bundesumweltministerium erarbeiteten Bio- masseverordnung (BiomasseV) flankiert wird2. Der Bericht, der vom Bundeswirtschaftsministerium im Einvernehmen mit dem Bundesumweltministerium und dem Bundesministerium für Verbraucher- schutz, Ernährung und Landwirtschaft erarbeitet wurde, bestätigt den Erfolg von EEG und Biomas- severordnung: Der Anteil der erneuerbaren Ener- gien am Stromverbrauch ist von 5,2 % im Jahr 1998 bis zum Ende des Jahres 2001 auf knapp 7,5 % gestiegen und dürfte im August 2002 die acht Prozent überschritten haben. Abbildung 1 zeigt die Entwicklung der eingespeisten Strommengen nach Stromeinspeisungsgesetz (1991 bis 31. März 2000) und EEG (ab 1. August 2000) in absoluten Zahlen. Mit dem EEG und zusätzlichen Maßnahmen kann das Ziel der Bundesregierung, den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2010 zu verdoppeln, aus heutiger Sicht erreicht werden. Nach 2010 soll dieser Ausbau weiter deutlich vorangebracht werden. Bis Mitte des Jahrhunderts sollen erneuerbare Energien rund die Hälfte des Energieverbrauchs decken. Daraus ergeben sich zwischen 2010 und 2050 liegende Orientierungswerte.