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Bericht über einen Workshop am Braunschweiger Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST

Das Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig vereint als industrienaher F&E-Dienstleister Kompetenzen auf den Gebieten tribologische Schichtsysteme, elektrische und optische Funktionsschichten, Beschichtungstechnologien und Schichtcharakterisierung.
Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IST ist die Entwicklung und technologische Umsetzung moderner Funktionsbeschichtungen. Dabei spielt der schnelle Transfer anwendungsorientierter Entwicklungen in die industrielle Praxis eine entscheidende Rolle.
Im Bereich des Maschinen- und Werkzeugbaus besteht ein besonderes Interesse an verschleißfesten und reibungsmindernden Schichten und Oberflächen. In zahlreichen Anwendungsfällen kann die Lebensdauer von Maschinenelementen und Werkzeugen verlängert werden, Reibungsverluste reduziert und dadurch Belastungen für Bauteile herab- gesetzt werden, so daß vereinfachte Konstruktionen möglich werden. Gleichzeitig können Schmierstoffe ersetzt oder Schmier- stoffmengen deutlich reduziert werden.

1 Einleitung

Reibung und Verschleiß begrenzen die Lebensdauer von tribologischen Systemen und führen zu jährlichen Schäden in Milliardenhöhe. Vielfach können tribologisch beanspruchte Bauteile und Werkzeuge nur unter Einsatz von Schmierstoffen wirtschaftlich genutzt werden. Tribologisch wirksame Beschichtungen können in vielen Anwendungsfällen Schmierstoffe ersetzen bzw. ihre Einsatzmenge deutlich reduzieren.
Der Drang nach neuen Lösungen, die Schmierstoffe ersetzen, ist daher groß. In Einzelfällen ist der Ersatz beziehungsweise die Reduktion von Schmierstoffen durch den Einsatz von Keramiken oder reibarmen Kunststoffen (z.B. PTFE) gelungen. In vielen Werk- zeug- und Bauteilanwendungen aber können Keramiken nicht eingesetzt werden oder verschleißen Kunststoffe zu schnell. Eine Möglichkeit, das Festigkeitsverhalten von Metallen zu nutzen ist die Kombination mit tribologisch günstigen und verschleißfesten Schichten, wie sie die heutigen vakuumbasierten Beschichtungstechniken bieten. Durch sie lassen sich Materialien mit guten Reibeigenschaften und gleichzeitig hoher Verschleißbeständigkeit nutzen. Vor allem kohlen- stoffbasierte Schichtsysteme wie amorphe diamantähnliche Kohlenstoffschichten (diamond-like carbon, DLC) sowie polykristalline Diamantschichten (chemical vapour deposition, CVD-Diamant) bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten.

Die Staats- und Regierungschefs der Europäischen Union haben sich vor nicht allzu langer Zeit in Lissabon anspruchsvolle Ziele für die nächsten zehn Jahre gesetzt. Eines davon ist die Senkung der Arbeitslosenzahlen auf Null (bei derzeit 15 Millionen Arbeitslosen EU-weit!) und damit das Erreichen von Vollbeschäftigung. Handelt es sich hier um ein realistisches Szenario oder dienen solche Aussagen lediglich zur Beruhigung der anvertrauten Bürger, die in der niedrigen Beschäftigung zurecht ein enormes soziales Konfliktpotential sehen? Wie glaubhaft sind solche Behauptungen angesichts der Tatsache, daß in den letzten Jahren auch steigendes Wirtschaftswachstum zu keiner nennenswerten Absenkung der Arbeitslosenzahlen geführt haben?

Bericht über die Fachmesse und den Kongreß vom 19. bis 21. Januar 2000 in Amsterdam

Nach der gelungenen Premiere dieser Messe im Jahre 1998, ebenfalls in Amsterdam, haben die Veranstalter-der Vincentz Verlag und die Nürnberg Messe GmbH - alles getan, daß dieser Erfolg noch gesteigert werden konnte. So wurde auch die zweite Auflage der PCE wieder zu einem Forum, in dem die Pulverlackindustrie und ihre Zulieferer ihr umfang- reiches Angebot zur Herstellung und Anwendung ihrer Produkte in zwei Messehallen um- fassend präsentierten. Daher war alles vertreten, was mit dem Thema Pulverlack zu tun hat: die führenden Lackhersteller und Rohstofflieferanten, Anbieter von Anlagen zur Produktion bzw. zur Applikation von Pulverlacken so- wie Aussteller aus den Bereichen Vorbehandlung, Prüf- und Meßtechnik, Forschung (diverse Labors und Institute) und Dienstleistung (Lohnbeschichter, Verbände etc.).

Zusammenfassung von Freibewitterungsergebnissen in einer Datenbank

1 Ausgangssituation

Anfang der 80er Jahre wurden erstmalig auch bei beschichteten Aluminium-Fassadenbauteilen größere Schäden erkennbar, die durch fadenförmige Unterwanderung der Lackschicht hervorgerufen wurden. Diese sogenannte Filiformkorrosion war seinerzeit zwar schon von lackierten Stahlteilen und von beschichteten Oberflächen in der Luftfahrtindustrie her bekannt, aber im Aluminium-Fassadenbereich noch nicht in diesem Umfang auf- getreten. Entscheidend begünstigt wird die Filiormkorrosion durch chloridhaltige Atmosphäre.

Allenthalben wird uns mitgeteilt, dass wir in einer Dienstleistungsgesellschaft leben, und das Wort Service bekommt man jeden Tag unzählige male zu hören. Eine interessante Auslegung des Wortes wurde vor kurzem von Ernst Elitz in der Sonntagsausgabe der Schwäpo (regionale Tageszeitung) vorgestellt. Mit viel Ironie ist dabei eine, zugegeben etwas überspitzte, Erklärung dargestellt worden.
Angenommen in Tausend Jahren suchen Historiker nach einer Erklärung, was es mit dieser ominösen Servicegesellschaft auf sich hatte. Dabei finden sie eine Zeitkapsel, in der wir ihnen an Hand eines Service-ABC's einige Hinweise hinterlassen haben.
Service beginnt mit S, wie selber machen. Wer als nicht gerade begnadeter Hobbyschreiner schon einmal einen Schrank in einem der modernen Möbel-Abholmärkte erworben hat, mit der Idee diesen mit Hilfe der Bedienungsanleitung selbst zusammenzubauen, weiß was das heißt.

Reiniger verfärbt Messing und Bronze

Frage: Wir haben unsere Teilereinigung von Drehteilen aus Edelstahl, Bronze und Messing von Trichlorethylen auf eine wäßrige Lösung umgestellt. Mit der Reinigungswirkung sind wir zufrieden, allerdings werden Teile auf Messing und Bronze verfärbt. Der Reiniger arbeitet bei einem pH-Wert von 11,5 und die Arbeitstemperatur beträgt 80 bis 85 °C. Wir haben versucht, den Reiniger auf eine Minimalkonzentration zu verdünnen, bei der die Entfettungswirkung gerade noch ausreicht, allerdings ohne Erfolg. Die Verfärbung von Messing und Bronze läßt sich nur vermeiden, wenn wir die Arbeitstemperatur auf 60 °C herabsetzen. Dabei werden diese Metalle zwar noch ausreichend gereinigt, Edelstahlteile aber nicht mehr. Da die Teile aus den verschiedenen Metallen unregelmäßig anfallen, möchten wir diesen Weg ungern gehen. Können Sie uns einen Typ geben?

Vor allem die deutschen und österreicherischen Leser der Zeitschrift Galvanotechnik dürfte interessieren, welche Dienstleister auf dem Gebiet der Oberflächentechnik in der Schweiz tätig sind. Aber auch für die Leser aus der Schweiz und aus nicht-deutschsprachigen Gebieten dürfte es interessant sein zu erfahren, wer welche Dienstleistungen in der Schweiz anbietet. Ich habe deshalb beschlossen, eine Gesamtübersicht in mehreren Teilen (in zwangloser Folge) zu verfassen und zwar nicht nur auf die Galvanotechnik begrenzt, sondern das Ziel ist es hierbei, ein möglichst breites Spektrum an Oberflächenbehandlungsverfahren zu berücksichtigen. Dabei sollen die einzelnen Firmen nur kurz vorgestellt und ihr Tätigkeitsfeld Umrissen werden. Bei einzelnen Firmen werde ich dann ausführliche Reportagen durchführen, um den Leser detaillierter zu informieren. Diese Gesamtdarstellung erhebt keinesfalls den Anspruch, vollständig zu sein, sie soll jedoch dem Leser Anhaltspunkte dafür geben, was in der Schweiz je nach Technologie angeboten wird.

Zum 1. April 2000 hat das Unternehmen die Produktion in der Betriebsstätte der ehemaligen Schwarting Galvanotechnik GmbH &Co KG in Eriskirch (Bodensee) aufgenommen

„Wir haben es geschafft“, sagen die drei triumphierend. Die drei, das sind Norbert Hafner und Rainer Schraff, die Geschäftsführer, und Vertriebsleiter Georg Hafner. Den Jungunternehmern ist schier Unmögliches geglückt. Siebzehn Monate haben sie geschuftet, ein Ziel vor Augen. Nun haben sie es erreicht. Sie sind selbständig und führen ihre eigene Firma, die Lein Heck Galvanotechnik GmbH.

Bericht zum Festkolloquium

Das Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie an der Technischen Universität Dresden beging am 14. April 2000 den 100. Jahrestag seiner Gründung mit einem Festkolloquium. Die Grußworte zu diesem bedeutenden Ereignis überbrachten im Hörsaal des legendären Erich-Müller-Baues der Prorektor für Wissenschaft, Prof. Dr. Hans Wiesmeth und der Prodekan der Fachrichtung Chemie, Prof Dr. Peter Böttcher.

Ein Beitrag von Thomas Schulz, Freiburg und Bernhard Czeska, Wilnsdorf, über ein Projekt bei der Firma Pretema in Pforzheim

Die Herstellung von Kontakten erfordert ein hohes Maß an Präzision auch in der galvanischen Beschichtung der Kontaktfläche. Bei Pretema (Präzisionstechnik für elektromechanische Anwendungen) werden jährlich ca. 2,5 Milliarden Präzisionsstanzteile ausgehend von hochmoderner Stanz- und Umformtechnik gefertigt. Man verfügt über die neueste Anlagentechnik zur allseitigen und selektiven galvanischen Beschichtung der gestanzten Einzelteile, Stanzgitter und Halbzeugbänder. Die Metalle Kupfer, Nickel, Zinn, Zinn/Blei 90/10, Silber, Gold, Gold/Kobalt und Palladium werden abgeschieden. Zu den Spezialitäten des Unternehmens zählen bondfähige Oberflächen.

Bericht über die diesjährige internationale Industrieaussteilung vom 20. bis 25. März

Auf der diesjährigen Hannover Messe war die Zuversicht auf einen stabilen und mit neuen Qualitäten wachsenden Markt zu spüren. Der Handel via Internet, E-Commerce und der Kundenservice via e-Mail sind Normalität und es entwickelt sich dadurch eine neue Art der wirtschaftlichen Kommunikation.
Die Messe wird dadurch nicht weniger wichtig, sondern hat sich gerade in diesem Jahr als der Treffpunkt für Gespräche, Vorstellungen und den persönlichen Kontakt unter Fachleuten und Experten, Entscheidungsträgern und Anwendern entwickelt. Die direkte Vorstellung von Maschinen und Anlagen und die Gespräche mit dem Besucher haben hier- durch an Bedeutung gewonnen.

Bericht über eine Tagungsveranstaltung in Leipzig am 2. März 2000

Die diesjährige Gemeinschaftsveranstaltung der DGO-Bezirksgruppen Leipzig/Halle, Dresden/Chemnitz und Thüringen in Leipzig stand unter dem Motto Aktuelle Galvanotechnik 2000 und zog 166 Teilnehmer und 29 Aussteller an. Nachdem Herr Huber über die Strukturmaßnahmen im Verband sowie über die neue Präsentation der Galvanotechnik im Deutschen Museum in München berichtet hatte, wurde im Plenarvortrag die Oberflächentechnik in Europa - Stand und Entwicklungstendenzen - beleuchtet. Danach folgten Aussagen zur Korrosion und zum Korrosionsschutz von galvanisierten Kunststoffen und zum dekorativen Galvanisieren von Aluminium am Beispiel von Aluminiumrädern. Anschließend wurde das Airgenex Niedertemperatur-Trocknungssystem vor- gestellt. Der Nachmittag der Vortragsveranstaltung gehörte der Meßtechnik: Praktikable Verfahren für die Galvanotechnik zur Prozeß- und Qualitätssicherung sowie Chemosensoren für Messungen in der Galvanotechnik wurden erläutert. Die Referenten gaben in ihren interessanten Vorträgen Impulse für rege Diskussionen, die nicht nur im Anschluß an die Vorträge geführt wurden, sondern auch im Rahmen der begleitenden Ausstellung.

Eine neue Silberlegierung für den Haushalt

In England kann man zur Zeit vermehrt Silbervasen, Bilderrahmen und andere Haushaltsgegenstände aus Silber kaufen. Sie werden aus einer neuen Legierung, bekannt unter der Bezeichnung Sovereign Silver, hergestellt. Hierbei handelt es sich um hochwertiges englisches Silber, nicht nur 800 Karat, sondern 925 (Sterling Silber)und mehr und es trägt den weltbekannten britischen Prüfstempel. Wahrscheinlich ist dies die bedeutendste Innovation auf diesem Gebiet seit vielleicht 1000 Jahren. Das Geheimnis ist der Zusatz von 1% Germanium, das dafür sorgt, daß es beim Gebrauch im Haushalt nicht anläuft. Während es hergestellt und hartgelötet wird, bilden sich keine Flecken d.h. keine farbigen Oxide, die sich normalerweise bei hohen Temperaturen bilden. Gegenstände, die mit der neuen Legierung hergestellt werden sind nicht teuerer als die aus herkömmlichen Silber. Vielleicht werden eines Tages alle silbernen Haushaltswaren aus dieser Legierung hergestellt. Aber im Zusammenhang mit dieser erfolgreichen Neuerung gibt es weitere, nicht weniger interessante Dinge.

Der nachstehende Beitrag war Bestandteil des Vortragsprogrammes im Rahmen des EAST-Forums 1999 am 28. Mai 1999 in Schwäbisch Gmünd

1 Introduction

The need of miniaturised structures is not only triggered by the applications in telecommunication, modern measuring systems, traffic and medicine. Small lateral structural widths and high aspect ratios of cavities, grooves etc. are required.
In order to ablate material with a laser, it is necessary to surpass a material dependent energy volume density. For fixed laser parameters, the ablation behaviour of any sample is primarily influenced by its optical (reflectivity R, linear absorption coefficient) and thermal (heat diffusion coefficient D) properties. Therefore, ablation thresholds F,„ and rates per pulse d vary.
The energy of a laser pulse is absorbed by the electrons of the material. The absorption mechanism is different for opaque and transparent samples. Linear absorption is the main contribution in opaque materials (e.g. metals) whereas absorption has to be realized by non- linear processes in transparent materials (e.g. dielectrics). These nonlinear processes are avalanche ionization and multiphoton ionization. After electronic excitation, the energy is transferred to the lattice and heats it up to boiling and/or to vaporisation temperature. Then, electrons and lattice are in thermal equilibrium. The transfer time of the electronic energy to the lattice (electron-phonon-relaxation time Tg) is of the order of picoseconds.

Teil 1: Mikroskalige Dispersoide

1 Einleitung

In den letzten Jahren stellte die stürmische Entwicklung auf dem Gebiet der Anwendung von Kunststoffen in Industrie, Bauwesen so-wie für den täglichen Bedarf neue Anforderungen an die Qualität von Kunststoffoberflächen. So genügt es z.B. nicht nur, die Oberfläche eines Nichtleiters durch metallische Beschichtung leitfähig zu machen oder Polymeren mittels einer Metallbeschichtung metallischen Charakter mit attraktivem Äußeren zu verleihen. Vielmehr besteht für die Fertigung verschiedener innovativer Produkte aktueller Bedarf, die Oberfläche von Kunststoffen durch gezielte Beschichtung derartig zu vergüten, daß sie sowohl dekorativen als auch speziellen funktionellen Anforderungen genügen. Insbesondere sind neben einem dekorativen und korrosionsbeständigen Äußeren auch spezielle tribologische Eigenschaften erwünscht. Für die Erfüllung solcher Forderungen erweisen sich auf Grund ihres strukturellen Erscheinungsbildes besonders strom- los abgeschiedene Nickelschichten als geeignet.

1 Einführung

1.1 Problemstellung


Für die organische Beschichtung von Aluminium ist die Chromatierung eine in der Praxis häufig eingesetzte Oberflächenbehandlung. Durch chemische Oxidation bilden sich anorganische Schichten (Konversionsschichten), die verfahrensabhängig aus Oxidhydraten oder Phosphaten des Aluminiums, bzw. des Chroms bestehen. Diese Schichten ergeben einen ausgezeichneten Haftgrund für organische Beschichtungen und bieten Schutz gegen Korrosion [1]. Die korrosionsschützende Wirkung der Chromatschicht erfolgt vorwie-gend auf rein chemischer Weise, indem sich das gelöste Chrom über die verletzte Stelle verteilt (sogenannter Selbstheileffekt) [1, 13]. Chemische Oberflächenbehandlungsprozesse, zu denen auch die Chromatierung zählt, können durch die Zusammensetzung der Oberfläche und die Struktur der Legierung beeinflußt werden.
Aluminium überzieht sich aufgrund seiner Affinität zum Sauerstoff mit einer dünnen Oxidschicht, die sowohl Legierungsbestandteile als auch bei Umformvorgängen verwendete Bearbeitungshilfsmittel enthält [2,3]. Diese natürliche Oxidschicht muß vor der Chromatierung entfernt werden. Hierzu ist ein Entfetten und Beizen erforderlich. Bei diesen Vorbehandlungsschritten gehen bestimmte Legierungselemente bzw. Phasen nicht in Lösung und verbleiben auf der Metalloberfläche. Dies kann zu Unregelmäßigkeiten bei der Ausbildung der Chromatschichten führen. Beeinträchtigung der Korrosionsschutzwirkung und Begünstigung einer Enthaftung können die Folge sein.

1 Voraussetzungen und Grenzen der Metallabscheidung aus wäßrigen und wasserfreien Lösungen

Bei der allgemeinen Betrachtung der Voraussetzung für die elektrolytische Abscheidung, sind Analogien von wäßrigen und wasserfreien Systemen zu erkennen (Abb. 1). Zwingend werden in beiden Systemen anorganische bzw. organische Metallsalzverbindungen benötigt, aus denen die Metalle an der Kathode abgeschieden werden können. Um den Anteil der freien Kationen besser zu steuern, um Kristallform, das Abscheidungspotential und Streufähigkeit zu verbessern, werden Komplexbildner zur Lösung hinzugegeben. Ein Leitsalz, das den Widerstand der Lösung und damit auch die Stromkosten senkt, sollte auch nicht fehlen; für die wasserfreien Medien ist dies zwingend notwendig, da die benötigte Leitfähigkeit nicht nur von den gelösten Metallsalzen bzw. vom Lösemittel erbracht werden kann.

Kostengünstige Herstellung von Großserien mit dem entsprechenden Oberflächenschutz durch Anodisation

1 Einleitung

Im heutigen Marktgeschehen bestimmt mehr denn je der Kunde das Ziel. Im Transport- und Verkehrswesen zählt unter anderem die Gewichtsreduktion zu den beharrlichsten Kundenforderungen. Das spezifische Gewicht von Aluminium beträgt nur ein Drittel von Stahl. Deshalb kommt in vielen Fahrzeugen eine große Zahl von Gußteilkomponenten aus Aluminium zum Einsatz. Die Hersteller registrieren einen stetig wachsenden Bedarf. Die Von Roll Druckguss AG beispielsweise verzeichnet bei Aluminium-Druckgußteilen einen jährlichen Zuwachs von fünf bis zehn Prozent. Außer im Fahrzeugbau kommen Aluminium- Druckgußerzeugnisse auch im Maschinen- bau, der Elektrotechnik und der Feinmechanik immer häufiger zum Einsatz. Die schnelle Fertigung, die Vielzahl der angewendeten Gußlegierungen sowie das sehr breite gestalterische Feld der Gußteile, ermöglichen ein breites Bauteilspektrum.
In vielen Bereichen benötigen Gußteile einen Oberflächenschutz gegen äußere Einflüsse. Eine kostengünstige und naheliegende Variante der Oberflächenbehandlung ist die Hartanodisation. Sie ist auch als Harteloxal- oder GSX-Verfahren bekannt. Dabei wird elektro- chemisch eine Aluminiumoxidschicht er- zeugt, die das Bauteil sowohl vor Korrosionen schützt, als auch gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften mit sich bringt. Bei der BWB Altenrhein AG werden derzeit Teile in Längen bis zu vier Meter hartanodisiert.