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Nickel- and Cobalt free Alternatives Working at Ambient Temperatures

For post treating anodising layers on aluminium, typi- cally two different technologies are applied, the hot water sealing at 96-100 °C and the cold sealing using reactive salts to plug the pores of the anodic coating. Both applications show major disadvantages. Whereas the hot water sealing is extremely energy consuming due to the mandatory hot process temperature, the low temperature sealing processes typically apply nickel compounds being harmful to the environment. Nickel salts are toxic and carcinogenetic, having irreversible effects on the human body and health. Furthermore, nickel containing waste waters are difficult to treat, especially when also aluminium is present [1].

New nickel-free technologies have been developed accordingly, enabling a low temperature application yielding in major energy savings. The deposition of antisoluble compounds in the pores of the anodizing layer leads to best stability and corrosion protection, exceeding the performance of hot water sealing. The new process solutions as being non-toxic are less risky to store and to handle, assisting the safety at work. Implementing a new photometrical method for analysing the ingredients, process stability and pro- duction quality can be improved [2]. In some cases, the pH-resistance of the anodised surface can be en- hanced, extending the application field of anodised aluminium. Moreover, the waste water treatment of the rinses is carried out at pH 9–10, hence, can be done mutually with aluminium containing effluents.//

Zur Nachbehandlung von anodisierenden Schichten auf Aluminium werden zwei unterschiedliche Tech- nologien eingesetzt: Heißwasser-Versiegelung bei 96-100 °C und kalte Versiegelung mit reaktiven Salzen. Beide Anwendungen zeigen größere Nachteile. Während die Heißwasserversiegelung infolge der vorgeschriebenen hohen Prozesstemperatur extrem energieaufwendig ist, verwenden die Niedrigtemperatur-Versiegelungsprozesse meist umweltschädliche Nickelverbindungen. Nickelsalze sind toxisch und krebeserregend, und sie haben irreversible Effekte auf den menschlichen Körper. Außerdem sind nickelhaltige Abwässer schwierig zu klären, besonders wenn auch Aluminium präsent ist [1]. Inzwischen wurden deshalb neue Nickel-freie Technologien entwickelt, die den Einsatz bei niedrigen Temperaturen und damit größere Energieeinsparungen ermöglichen. Abscheidung von schwer lösbaren Verbindungen in den Po- ren der Anodisierungsschicht erzielt beste Stabilität und Korrosionsschutz, und überschreitet die Perfor- mance der Heißwasserversiegelung. Die neuen Prozesslösungen sind nicht-toxisch, sie bieten somit ein geringeres Risiko beim Lagern und Handling, und sie unterstützen die Arbeitssicherheit. Durch die Implementierung einer neuen photometrische Methode zur Analyse ihrer Bestandteile lassen sich die Prozess- Stabilität und die Produktionsqualität verbessern [2]. In einigen Fällen kann die pH-Resistenz der anodi- sierten Oberfläche vergrößert werden, was den Einsatzbereich des anodisierten Aluminiums erweitert. Darüber hinaus wird die Abwasserbehandlung bei der Spülung bei einem pH-Wert von 9–10 durchgeführt. Diese kann deshalb mit Aluminiumhaltigen Spülmitteln erfolgen.

Nachdem im ersten Teil der Serie zur galvanischen Goldabscheidung die neutralen und alkalischen Elektrolyttypen dargestellt wurden, folgt nun die Charakterisierung der sauren Lösungen. Dabei wird nach der verwendeten Goldkomponente, d.h. den Cyanokomplexen von Gold(I) bzw. Gold(III), sowie nach dem pH-Bereich, schwach oder stark sauer, unterschieden. Die Angaben zu den Prozessparametern und Schichteigenschaften gestatten einen Überblick über den technischen Stand nicht nur der Feingoldabscheidung, sondern auch der Abscheidung von Goldlegierungen. Dazu gehören vor allem die technisch wichtigen Hartgoldschichten als niedrig legierte Überzu?ge mit Kobalt oder Nickel.

Mikroorganismen sind allgegenwärtig und erfüllen wichtige Funktionen bei der Selbstreinigung von Gewässern, Böden und Sedimenten. Ohne Mikroben gäbe es kein Leben auf unserem Planeten. Aber erst in den letzten Jahren erkennen die Wissenschaftler, wie außerordentlich groß ihre Zahl und Bedeutung tatsächlich ist und wie eng und vielfältig die Verbindungen von Mikroorganismen mit Menschen, Tieren, Pflanzen und Materialien wirklich sind, so dass sie der Autor Bernhard Kegel in seinem Buch als „Die Herrscher der Welt“ bezeichnet hat [1]. Die lange Entwicklungsgeschichte von mehr als 3,5 Mrd. Jahren hat zu Anpassungsfähigkeiten geführt, die Mikroorganismen auch unter widrigsten Umweltbedingungen überleben und reproduzieren lassen. Es wird geschätzt, dass 99 % aller Mikroorganismen auf der Erde die Lebensform in Biofilmen bevorzugen, weil sie ihnen Schutz und Nährstoffe gewährleisten können [2]. //
Microorganisms are omnipresent and they have important functions in the self cleaning of waters, soils and sediments. Without microbes there would be no life on our planet. But it is only in the last couple of years that scientists have recognized how extraordinarily large their number and significance really is, and how closely related and manifold the connections between microorganisms and humans, animals, plants and
materials really are, so that the author Bernhard Kegel in his book has called them the „rulers of the world“ (Die Herrscher der Welt) [1]. Their long history of development of more than 3.5 million years has provided them with the adaptive abilities to survive and
reproduce even under the most adverse environmental conditions. Estimations are that 99 percent of all microorganisms on earth are preferring the life form of bio films because this guarantees them protection and nutrients [2].

1. Einleitung

Einen besonderen Anwendungsfall für die Galvanoformung mit Nickel aus Nickelsulfamat- Elektolyten stellt die Erzeugung dicker Nickel- schichten zum Halten und Hinterfüttern der Diamanten bei Diamantabrichtrollen dar. Diamantabrichtrollen sind rotationssymmetrische Werkzeuge, die auf ihren Umfangsflächen mit Diamant bestückt sind. Diese Umfangsflächen stellen die verschiedenartigsten, kundenspezifischen Profile dar (Abb. 1 und 2).
Der dabei verwendete Diamant ist vorzugsweise Naturdiamant und wird in Größen von 0,2 mm bis 2,0 mm eingesetzt.
Im Einsatz wird das angetriebene Werkzeug gegen die ebenfalls rotierende Schleifscheibe gefahren und mit mäßigem Vorschub, unter ständiger Kühlung, das Profil dabei auf die Schleifscheibe über tragen (Abb. 3).

Seit Einführung der „End of Life Vehicles“ Richtlinie 2000/53/EC ist die Verwendung von Chrom(VI) in der Automobilindustrie verboten. Als Alternative werden Passivierungen basierend auf dreiwertigem Chrom eingesetzt. Allerdings konnten durch Untersuchungen erhöhte Konzentrationen von Chrom (VI) in Chrom(III) Passivierungsschichten gefunden werden. Durch Reduktion von Luftsauerstoff an der Zinkoberfläche entsteht Wasserstoffperoxid, welches Chrom(III) in der Schicht zu Chrom(VI) oxidiert. Das Ausmaß der Chromoxidation hängt von einer Vielzahl verschiedener Faktoren ab, wie z.B. der Art des Komplexbildners, dem Einbau von Kobalt in die Schicht oder dem pH-Wert der Passivierung. Durch ein reduktives System kann die Oxidation so weit unterdrückt werden, dass der zulässige Grenzwert nicht mehr überschritten wird.//
Since the Introduction of the „End of Life Vehicles“ Directive 2000/53/EC the use of chromium(VI) in the automotive industry is forbidden. As an alternative there are passivation procedures based on trivalent chromium. However, a closer investigation has found increased concentrations of chromium(VI) in chromium(III) passivation layers. Reducing the atmospheric oxygen In the zinc surface leads to the generation of hydrogen peroxide, which then oxidizes the layer’s chromium(III) to chromium(VI). The extent of the chromium oxidation depends on a multitude of different factors, such as the kind of complexing agents, the integration of cobalt in the layer, or the pH value of the passivation. By utilizing a reductive system the oxidation can be suppressed to a degree that does not exceed the permitted limit.

In Spülprozessen in der Oberflächentechnik spielen Störeffekte durch organische, anorganische und mikrobiologische Inhaltsstoffe eine große Rolle bei der Sicherstellung der optimalen Produktqualität. Während anorganische Wasserinhaltsstoffe durch „normale“ Wasseraufbereitungsverfahren (z. B. Ionentauscher) in Kreislaufanlagen gut kontrolliert werden können, stellen organische und mikrobiologische Verunreinigungen die jeweiligen Betriebe vor besondere Herausforderungen. Der erfolgreiche Einsatz von UV-Strahlung in solchen Anwendungen wird im Zuge dieses Artikels anhand einer Reihe von Anwendungsbeispielen aufgezeigt, und die erzielten Ergebnisse dargestellt. Hierbei wird deutlich, dass die beschriebene UV-Verfahrenstechnik vielfältige Möglichkeiten bietet, Spülprozesse zu optimieren, Kosten einzusparen und gleichzeitig ein qualitativ besseres Ergebnis zu erzielen! //

Rinsing processes in surface technology can often be negatively influenced by organic, inorganic and microbiological ingredients in the rinsing water. Therefore the related parameters need to be monitored to ensure optimal product quality. Inorganic water ingredients can be removed with relative ease by the ‚normal‘ components (e. g. Ion-Exchanger) in a closed-loop water treatment system. However organic and microbiological ingredients pose a particular problem to many manufacturers in surface technology. In this article the successful usage of UV-radiation is shown in a number of application examples with the achieved results. The applications show the versatile possibilities, how UV process engineering can be implemented to optimize rinsing processes, reduce costs and at the same time achieve better quality!

Electropolishing technique transforms surface irregularity of metals and alloys into a smooth, bright finish without adversely affecting their mechanical (tensile) properties. It is a cost effective operation and provides high degrees of efficiency, consistency and quality of polishing. Over the decades, the benefits of controlled removal of metals have led to thousands of commercial applications of the electropolishing process. A comprehensive account of the science and industry of the electropolishing technology is presented along with the special case of its application for treatment of stainless steel.//

Durch Elektropolieren werden unregelmäßige Oberflächen von Metallen und Legierungen in Oberflächen mit glatter, glänzender Beschaffenheit transformiert, ohne dass dies nachteilige Auswirkungen auf deren mechanische (Zug-)Eigenschaften hat. Es ist ein kostengünstiges Verfahren, mit dessen Hilfe hohe Reinheitsgrade, Beständigkeit und Qualität erreicht werden. Jahrzehntelang haben die Vorteile des kontrollierten Metallabtrags die tausendfache kommerzielle Anwendung des Elektropolierprozesses gefördert. Der vorliegende Artikel gibt einen umfassenden Überblick über die Elektropoliertechnik in Wissenschaft und Industrie und zeigt außerdem das spezielle Verfahren bei Edelstahl.

Neue Materialien für Smart Textiles und Smart Home

Die Forschung auf dem Gebiet der Smart Textiles für die Integration von elektronischen Funktionen in Textilien hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erfahren. Für zahlreiche Anwendungsgebiete wurden Lösungen entwickelt und Funktionsmuster präsentiert. Beispiele dafür sind körpernahe Heiztextilien, leuchtende Textilien (Abb. 1), textilbasierte Klimatisierung von Räumen, aber auch textile Flächen mit sensorischen Eigenschaften bzw. textilbasierte Aktuatoren. Ein weiteres, sehr wichtiges und interessantes Einsatzgebiet sind Sensoren für die Erfassung physikalischer Messgrößen oder z. B. die Erkennung der Sitzbelegung in Fahrzeugen [1].//

Research in the field of smart textiles for the integration of electronic functions in textiles has experienced rapid development in recent years. Solutions have been developed and functional samples presented for numerous areas of application. Examples include heating textiles close to the body, luminous textiles (Fig. 1), textile-based air-conditioning of rooms, but also textile surfaces with sensory properties or textile-based actuators. A further, very important and interesting field of application are sensors for the acquisition of physical measured variables or, for example, the recognition of seat occupancy in vehicles [1].

Die Eigenschaften der neuen Silber-Palladium-Legierung lassen sich hervorragend für Anwendungen im Bereich der elektrischen Kontaktoberflächen und Steckverbinder nutzen. Insbesondere die erhöhten Anforderungen an Silberschichten aus dem Umfeld der Elektromobilität, wie höhere Härte und verbesserte Abrieb- und Temperaturbeständigkeit zeigen die Notwendigkeit von verbesserten Schichten und Schichtsystemen. Im Vergleich zu etablierten Hartgoldschichten kann die Silber-Palladium-Legierung auch ein deutliches Edelmetalleinsparpotenzial bieten. Die galvanische Beschichtung der Kontaktoberflächen erfolgt in einem Silber-Palladium-Legierungselektrolyt, dieser ist frei von cyanidischen Komplexen und kann in einen konventionellen Galvanikablauf integriert werden.

Es gibt viele Möglichkeiten den Energiebedarf in der Galvanik zu senken, den CO₂-Fußabdruck zu minimieren und somit den behördlichen Forderungen und den Erwartungen großer OEMs gerecht zu werden. Jeder Teilschritt in der Galvanik beinhaltet Einsparungsmöglichkeiten, welche mit teilweise geringem Aufwand und übersichtlichen Kosten umgesetzt werden können. Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Es werden große Anstrengungen unternommen, den Temperaturanstieg auf maximal 1,5 °C zu begrenzen. Um die globale Erwärmung auf diesen 1,5 °C zu halten, sollten die vom Menschen verursachten globalen CO₂-Emissionen in absehbarer Zeit auf „Netto-Null“ gebracht werden. Beispielsweise möchte die EU bis 2050 klimaneutral sein, zahlreiche Unternehmen inklusive namhafter Automobil-OEMs streben sogar ein sehr viel früheres Ziel an.

Der Einsatz von cyanidfreien Kupferelektrolyten empfiehlt sich besonders im Hinblick auf die Arbeitssicherheit des Bedienungspersonals. Der vorgestellte Elektrolyt ist einfach in Handhabung und besitzt einen sehr breiten Arbeitsbereich für Temperatur, Konzentration, pH-Wert und das zu beschichtende Teilespektrum. Zinkdruckguss und Aluminium sind nur mit größerem Aufwand prozesssicher in der Trommel zu beschichten.

Während Teil 1 des Aufsatzes sich mit den Aufgaben der Reinigung, mit Formen und Arten der Kontamination, dem Reinigungsprozess selbst und auch mit der Oberflächenchemie der Werkstoffe beschäftigte, informiert der vorliegende Teil 2 über Reinigungssysteme, wie diese optimiert werden können und mögliche Probleme beim Reinigungsvorgang. Außerdem, wie sinnvolle Anlagentechnik diese vermeiden hilft. // 

Part 1 of the article dealt with the purpose of cleaning, the forms and types of contamination, the cleaning process itself, and also with the surface chemistry of the materials. Part 2 as presented here is meant to inform about the cleaning systems, how these can be optimized, and about possible problems in the cleaning process. Plus, how a fitting equipment technology will help avoiding these problems.

Fachzeitschriften aus aller Welt...    für Sie gesichtet!

Aus der Betrachtung der grundlegenden elektrochemischen Zusammenhänge ergeben sich die Stellmöglichkeiten zur Verbesserung des Abscheideprozesses. Naheliegend ist die Erhöhung der Stromdichte, der aber deutliche Grenzen durch die Konzentration an abscheidbaren Ionen sowie den Hemmnissen des Antransports an die Oberflächen gesetzt sind. Daraus ergibt sich als wichtiger Parameter die Strömung, die beispielsweise unter Einsatz von Eduktoren in gewissem Rahmen so gesteuert werden kann, dass Nachteile durch Einblasung von Luft oder ungleichmäßige Strömungsverhältnisse an den überlicherweise strukturierten Werkstückoberflächen minimiert werden können. Darüber hinaus macht sich aber mit steigender Stromdichte die Rauheit der Oberfläche bemerkbar, die in der Regel umso bessere Ergebnisse im Hinblick auf die Qualität der Beschichtung liefert, je glatter die Oberfläche ist.

Seen from the underlying basic principles of electrochemistry, various options exist to improve electrodeposition processes. Central to this is a desire to increase the current density which is, however, limited by the concentration of ions to be deposited, in solution as well as hindrance of their transport to the surface. In this, a key parameter is the flow regime which can, up to a point, be modified using, for example, eductors. These largely eliminate the drawbacks encountered using air agitation or other non-uniform electrolyte flows as they encounter the often complex geometry of the work to be plated. In addition, higher current densities can increase surface roughness whereas, generally speaking, coating quality is better, the smoother the final surface.

Elektrolytische Entfettung für eine optimale Haftung / Frage: Wir sollen ein Angebot über das Vernickeln von Gestellteilen aus Stahl ausarbeiten und gleichzeitig Musterteile abgeben. Die zu vernickelnden Teile sind beim Gebrauch auf Vibration beansprucht, so dass die Haftfestigkeit des Nickelniederschlags besonders gut sein muss. Aus bestimmten Gründen beschäftigt uns in diesem Zusammenhang derzeit besonders die Entfettung. Wir sind uns nicht sicher, ob wir kathodisch, anodisch schalten oder umpolen sollen, um die optimale Haftfestigkeit zu erreichen. Auch die Einflüsse der anderen Parameter wie Temperatur und Behandlungszeit interessieren uns selbstverständlich. Können Sie uns mit Hinweisen weiterhelfen?...