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Lötbarkeit: Technische Anforderungen – Qualität

Derzeit wird nach den Worten von Dr. M. Nowottnick an vielen Stellen über die Ersatzprodukte der bisher üblichen bleihaltigen Lote diskutiert. Kritischster Faktor ist die um 30 bis nahezu 90 °C höhere Löttemperatur. Da ab 2006 das Blei aus den Lotwerkstoffen verbannt ist, wird derzeit intensiv an den Alternativen gearbeitet. Neben dem höheren Preis steigt aber auch der Preis durch die Ersatzmetalle sowie durch die geänderte Handhabung und Zusatzstoffe. Auch die Zusatzelemente – z. B. die verarbeiteten Bauteile – dürfen in ihren Oberflächen kein Blei enthalten, da sich dieses in den Loten sehr gut löst und dadurch vor allem die Schmelztemperatur des bleifreien Lotes drastisch ändern kann. Dies kann soweit gehen, dass Bauteile bei Temperaturbeaufschlagung bis in den Bereich von 100 °C bereits nicht mehr sicher gehalten und kontaktiert werden. Zudem kann sich Blei in Zonen der bleifreien Lote anreichern und zur Rissbildung führen.

Die Wirtschaftslage

Indien gehört zusammen mit China zu den zwei am schnellsten wachsenden Marktwirtschaften der Welt. Während das Bruttosozialprodukt (Gross Domestic Product, GDP) Chinas im letzten Jahr Wachstumsraten von etwa 9,8 % erreichte, lag es beim Südasiatischen Riese bei etwa 8,2 %. Einem guten Monsun im vergangenen Jahr ist dieses Ergebnis zu verdanken, denn die indische Wirtschaft ist immer noch sehr stark von der Landwirtschaft abhängig. Die Reserven in harten Devisen liegen bei US$ 1,2 Milliarden, und die Inflationsraten waren für längere Zeit bei etwa 4 %, obwohl jetzt die Erdölpreise Druck darauf üben. Der Produktionssektor zeichnete sich mit Wachstums- raten von 7,3 %, Energieversorgung mit 5,5 %, die Baubranche mit 6,2 %, Immobilien mit 6,8 % und Dienstleistungen mit 6,0 % relativ gute Ergebnisse. Das Pro-Kopf-Einkommen liegt jetzt bei ca. E 390 bei einer Bevölkerungszahl von 1,055 Milliarden. Diese Zahl ist nicht sehr aussagekräftig, denn die Bevölkerung in der Stadt verdient deutlich mehr – und gibt mehr aus – als auf dem Land. In den etwa 1800 städtischen Regionen Indiens (towns and cities) kann der Verbraucher in der Woche bis zu 350 Werbespots im Fernsehen sehen, während auf dem Land (es gibt etwa 600.000 Dörfer) ca. 40 % der Bevölkerung keinen Zugang zu Fernsehen oder Zeitung hat.

Weißsud oder Weißsieden mit Silber

Wie ich schon gesagt habe, können kupferne Gegenstände mit Hilfe dieser Methode nur mit einem gewissermaßen unwägbaren Silberüberzug versehen werden. Man kann sich eine Vorstellung von der Dicke des letzteren machen, wenn man bedenkt, daß Decapierung, Arbeit und Verdienst mit inbegriffen, der Weißsud von einem Kilogramm Korsettösen gegen 40 Pfennig, der eines Kilos Knöpfe oder Nadeln 17 bis 23 Pfennig kostet, das Gramm reines Silber 10 Pfennig entsprechend.

Betrachtungen zu einem wichtigen Thema der Oberflächentechnik als Resumee zu einem Seminar des Haus der Technik e. V., Essen

Nickel- und Kupferlegierungen

Nickel ist edler als Eisen. Aufgrund der Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit werden Nickellegierungen bevorzugt in Umgebungen eingesetzt, in denen starke korrosive Belastungen und hohe Temperaturen sowie Drücke gleichzeitig auftreten. Beispiele für derartige Einsatzgebiete sind Kraftwerke, Turbinen, Rauchgasentschwefelungsanlagen sowie die chemische und petrochemische Industrie [8].

Walther Nernst gilt neben Ostwald, van't Hoff und Arrhenius als der vierte und jüngste Begründer der physikalischen Chemie, zu deren Theorie und Untersuchungsmethoden er Wesentliches beigetragen hat. Im Jahre 1905 entdeckte er während einer Vorlesung den III. Hauptsatz der Thermodynamik.

Luftrührung ist eine der am häufigsten angewandten Elektrolytbewegungsarten. Die Luftbewegung weist gegenüber anderen Rührarten eine ganze Reihe von Besonderheiten auf. Die Vor- und Nachteile sowie die Grenzen der Luftrührung werden aufgezeigt. Daraus abgeleitet werden Hinweise zur Dimensionierung der Luftbewegung.

Anwendungen in der Medizin- und Biotechnologie

Der Einsatz von Kalziumphosphaten als Knochenersatzwerkstoff ist heute Stand der Technik. Im Speziellen werden Hydroxylapatit (HAP) für die Heilung von Knochendefekten im Dentalbereich sowie in der Orthopädie und maxilloficalen Chi- rurgie eingesetzt. Die Motivation für den klinischen Einsatz von Hydroxylapatit entstammt der Idee, einen Werkstoff mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung wie die mineralische Phase von Knochen und Zähnen zu verwenden. Die Oberflächeneigenschaften spielen bei lasttragenden Implantaten eine wichtige Rolle, da chemische und mechanische Änderungen, die die Lebensdauer des Werkstoffes verkürzen, oft an der Oberfläche beginnen und bei Biege- oder Torsionsbelastungen die maximalen Spannungen in der Regel auch dort auftreten. Durch die Strukturierung von Implantatoberflächen oder durch deren Beschichtung mit bioaktiven Werkstoffen wird das Einwachsen von Gewebe und somit eine festere Verbindung zwischen Implantat und Gewebe erreicht.

Bislang werden Galvanoformungsprozesse bei der Herstellung von mikromechanischen Systemen, im zahnmedizinischen Bereich sowie zur Fertigung von Hohlschmuck industriell eingesetzt. Eine mögliche Erweiterung der Anwendungspalette für Galvanoformungsprozesse könnte die Fertigung von medizinischen Implantaten sein. Innerhalb eines vom World Gold Council geförderten Forschungsprojekts sollte die Anwendbarkeit der Galvanoformungstechnologie zur Produktion medizinischer Implantate anhand der Herstellung von Paukenröhrchen demonstriert werden. Diese Implantate werden in das Trommelfell eingesetzt zur Drainage und temporären Belüftung der Paukenhöhle. Die in Abbildung 1 gezeigten Paukenröhrchen werden bisher auf mechanischem Wege aus folgenden Materialien gefertigt: Silber vergoldet, Gold-Platin, beschichtetem oder unbeschichtetem Titan. Die innerhalb des Projekts für vergleichende Untersuchungen verwendeten Referenzproben waren aus vergoldetem Silber gefertigt. Die Größenverhältnisse der Paukenröhrchen liegen je nach Typ im Bereich von ca. 2,8 mm Außen- und 1,5 mm Innendurchmesser. Die Wandstärke beträgt ca. 200 µm.

Elektropolieren wird in der Regel nicht zu den Hauptbereichen der Oberflächenbehandlung von Metallen gezählt, und Firmen, die sich mit derartigen Verfahren befassen, verfügen oftmals nicht über weitere Oberflächenbehandlungstechniken. Das Elektropolieren von Edelstahl ist vermutlich die industriell wichtigste Elektropoliertechnik. Nach einer mechanischen Oberflächenbearbeitung erzielt man damit im Allgemeinen eine ansehnliche spiegelglänzende Oberfläche. Kochgeschirr sowie Tafelbesteck und -geschirr sind eine der häufigsten Produktgruppen für die Verfahrenstechnik des elektrolytischen Polierens. Neben dem Aussehen erhält die Oberfläche von rostfreiem Stahl eine erhöhte Beständigkeit gegen aggressive Medien und lässt sich einfacher reinigen, wie in zahlreichen Studien belegt ist. Da die submikroskopische Oberflächenstruktur wenig Möglichkeiten zur Ansiedelung von Bakterien oder Schimmel besitzt, eignet sich das Elektropolieren besonders für Gerätschaften in der Nahrungsmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie.

Einleitung

Elektrolytisch abgeschiedene Zinklegierungen (Zink/Nickel, Zink/Kobalt, Zink/Eisen) finden seit mehreren Jahren auf Grund ihrer guten Korrosionsschutzeigenschaften eine breite Anwendung [1-3]. Weitere Zinklegierungen sind in der Entwicklungsphase [2, 3]. Eine Reihe von Veröffentlichungen und Patente berichten über Zink/Chrom-Legierungsschichten mit sehr guter Korrosionsbeständigkeit [3-10]. Eigene Untersuchungen ergaben auch, dass solche Schichten ein besseres Korrosionsverhalten als reine Zinkschichten zeigen [11]. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die Möglichkeit zu einer für die Praxis zugänglichen Bestimmung von zweiwertigem Zink und dreiwertigem Chrom in einem sauren Elektrolyten zur Abscheidung von Zink/Chrom zu überprüfen.

Vom 22. bis 24. September findet die alljährliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik statt. Mit dem Tagungsort Dresden hat die DGO einen interessanten und geschichtsträchtigen Ort gewählt. Vor allem als neues Industriezentrum macht sich Dresden seit einiger Zeit einen Namen, da es gelungen ist, die wichtigsten großen und vor allem innovativen Unternehmen anzuziehen. Mit dem Aufsetzen der goldenen Kuppel – vermutlich hat auch hier die Galvanotechnik unterstützend mitgewirkt – wurde Ende Juni eines der wichtigsten historischen Bauwerke in Dresden vollendet und für die Teilnehmer der Jahrestagung der kulturelle Rahmen um ein weiteres Schmuckstück vergrößert. Dresden und Sachsen beheimatet zudem einige der wichtigsten Einrichtungen und Institutionen zur Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet der Elektrochemie und Galvanotechnik. Mit der Vorstellung wichtiger Persönlichkeiten, die in der nächsten Ausgabe der Galvanotechnik beginnt, wird hierzu ein kleiner Ein- und Überblick gegeben. Dort tauchen dann Namen wie Förster, Müller, Forker, Schwabe, Bilfinger, Hänsel oder Hampel auf, die vorwiegend an Hochschulen in Dresden und Ilmenau geforscht und gelehrt haben. Ihnen ist ein großer Teil des heutigen Wissens der Galvanotechnik zu verdanken.

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Restaurationsarbeiten in der Luftfahrt-Werkstatt des DTMB

Es kann nicht oft und stark genug betont werden, dass die Oberflächentechnik eine nahezu sämtliche Bereiche unserer Technik nicht nur berührende, sondern wesentlich beeinflussende Schlüsseltechnologie ist. Das betrifft nicht nur die Elektrotechnik und Elektronik, die maßgeblich auf funktionellen und korrosionsschützenden Oberflächen-Behandlungen basieren, die Kfz-Technik, die zahlreichen Gebrauchsapparaturen des Alltags und insbesondere auch die korrosionsschützenden Maßnahmen in der See-Schifffahrt, sondern auch die Experimentaltechnik in der Luft- und Raumfahrt. Nachdem Oberflächentechnik lange Zeit als Technologie zum Schutz von metallischen Bauteilen gesehen wurde, hat sich in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts auch die Behandlung von Kunststoffteilen hinzugesellt. Aber auch die mechanische und die beschichtende Behandlung von Holz und anderen organischen Materialien, z. B. zwecks Vorbereitung zum Verkleben oder zur Er- zeugung möglichst glatter und resistenter Oberflächen, gehört in den weitreichenden Rahmen der Oberflächentechnik.

Das Umweltberatungsbüro Dr. A. Schwan, Berlin, lud am 25. März 2004 zu einem Fachsymposium ein, im Rahmen dessen Fragen und Probleme, aber auch Lösungen zur Thematik der Wirtschaftlichkeit und des Managements unter dem Aspekt des Einklangs von Qualität und Umwelt diskutiert werden sollten. Die in den renovierten Gebäuden der Firma Knorr-Bremse in Berlin-Marzahn durchgeführte Veranstaltung war mit über fünfzig Teilnehmern gut besucht, wobei sich die Hörer sowohl aus dem Bereich der insbesondere oberflächentechnisch orientierten Anwender als auch der Berater und erfreulicherweise auch der Behörden und des TÜV zusammensetzten. Diese Teilnehmermischung führ- te denn auch zu interessanten Diskussionsbeiträgen zwischen den verschiedenen Bereichen und Interessenlagen. Die Teilnehmerzahl bestätigte, dass das angebotene Vortragsprogramm durchaus dem Bedarf der Praxis entsprach und im angesprochenen Sektor Wissensbedarf besteht, um die anstehenden und mit der europäischen Gesetzgebung vermutlich weiter wachsenden Probleme lösen zu können. Die Veranstaltung wurde ergänzt durch verschiedene Exponate, insbesondere durch die Vorführung eines Reinigungsverfahrens mittels Kohlensäureschnee durch die Firma Kluge.

Fortsetzung aus „Galvanotechnik“ 6/2004

Oberflächentechnik und Innovation

Die Kfz-Industrie und ihre Entwicklung wird nachhaltig von Aspekten der Leistungsfähigkeit, des möglichst niedrigen Treibstoffbedarfs oder der umweltbelastenden Emissionen bestimmt, aber auch von den Kundenwünschen nach möglichst großem Komfort oder modischem Design. Die Oberflächentechnik gilt dabei vielfach als der Auftragnehmer, der die für die vorgenannten Ziele vom Konstrukteur gestellten Forderungen zu erfüllen sucht.

Erfahrungen und Hinweise für Unternehmen

Rechtliche Situation

In der Vergangenheit benötigten Betriebe der Oberflächentechnik in den allermeisten Fällen ausschließlich wasserrechtliche Genehmigungen. Die rechtliche Grundlage hierfür waren die Landeswassergesetze und das Wasserhaushaltsgesetz des Bundes. Die wasserrechtliche Genehmigung umfasste die Produktionsanlagen, Abwasserbehandlungsanlage sowie relevante Nebenanlagen. Wasserrechtliche Genehmigungen wurden formlos erstellt, dass heißt Struktur und Inhalt waren von der Behörde nicht vorgegeben. Das Gesuch hat alle relevanten Bereiche zu beschreiben. Hierunter fallen auch Abfall, Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, Arbeitssicherheit usw. In vielen historisch gewachsenen Unternehmen wurde der Entwicklung im Anlagenbereich durch wasserrechtliche Nachtrags- oder Änderungsgesuche Rechnung getragen. So ist es keine Seltenheit, dass Unternehmen über vier oder mehr Nachtragsge- suche verfügen.

Die Klagen über wirtschaftliche Probleme in unserem Land, über Ausbildungs- wie Nachwuchs- fragen, Arbeitsplatzexodus ins billigere Ausland etc. sind an der Tagesordnung. Aber Wehklagen hilft nicht weiter, vielmehr ist Engagement mit dem notwendigen Können gefragt, um die Probleme konkret anzugehen. Das gilt auch für die Oberflächentechnik. Die Berliner Szene ist in den vergangenen Jahrzehnten an Galvanik-Betrieben verarmt. Von mehr als zwölf Betriebs-Galvaniken eines Großkonzerns sind noch ganze zwei verblieben. Viele Firmennamen alteingesessener Handwerksbetriebe sucht man vergeblich. Die Ursachen sind vielfältig. Es sind nicht nur die hohen Lohnkosten. Es ist auch die bei den Bürgern systematisch geschürte Furcht vor „Gift-Küchen" in Wohngebieten. Zum Teil kaum erfüllbare Umweltauflagen und ständig wachsender Bürokratismus schrecken potenzielle Unternehmer ab. Resignierend wird der Betrieb kurzer Hand geschlossen, man setzt sich zur wohl verdienten Altersruhe. Nachfolger finden sich angesichts der zuvor geschilderten Querelen kaum. Und so gehen nicht nur Arbeitsplätze, sondern bedauerlicherweise auch alte Handwerkserfahrungen verloren.

Die Ultrapräzisionszerspanung (UP-Zerspanung) stellt ein klassisches feinwerktechnisches Herstellungsverfahren dar, welches mehr und mehr als Alternative zu den aus der Mikroelektronikfertigung abgeleiteten Methoden, wie beispielsweise der lithografischen Strukturierung, an Bedeutung gewinnt. So ermöglichen moderne Ultrapräzisions- fräsmaschinen die Herstellung von komplexen räumlichen Strukturen mit Fertigungstoleranzen im Submikrometerbereich in verschiedenen Materialien. Darüber hinaus zeichnet sich dieses Verfahren durch eine hohe Flexibilität bezüglich der Strukturgeometrien und durch vergleichsweise kurze Fertigungszeiten aus [1].